Статическая балансировка рабочих колес вращающихся механизмов. Последствия несвоевременной балансировки рабочих колес дымососов

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статическая балансировка рабоч их колес вращающихся механизмов

Каусов М.А.

Аннотация

Надежная и исправная работа вращающихся механизмов зависит от большого числа факторов, таких как: соосность валов агрегата; состояние подшипников, их смазка, посадка на валу и в корпусе; износ корпусов и уплотнений; зазоры в проточной части; выработка сальниковых втулок; радиальный бой и прогиб вала; дисбаланс рабочего колеса и ротора; подвеска трубопроводов; исправность обратных клапанов; состояние рам, фундаментов, анкерных болтов и многое другое. Очень часто упущенный небольшой дефект, как снежный ком тянет за собой другие, а в результате выход оборудования из строя. Только учитывая все факторы, точно своевременно диагностируя их, и соблюдая требования ТУ на ремонт вращающихся механизмов, можно добиться безотказной работы агрегатов, обеспечить заданные рабочие параметры, увеличить межремонтный ресурс, снизить уровень вибрации и шума. Планируется посвятить теме ремонта вращающихся механизмов ряд статей, в которых будут рассмотрены вопросы диагностики, технологии ремонта, модернизации конструкции, требованиям к отремонтированному оборудованию и рационализаторским предложениям по повышению качества и снижению трудоемкости ремонта.

В ремонте насосов, дымососов и вентиляторов трудно переоценить значение точной балансировки механизма. Как удивительно и радостно видеть некогда грохочущую и трясущуюся машину, которую усмирили и успокоили несколько граммов противовеса, заботливо установленные в "нужное место" умелыми руками и светлой головой. Невольно задумываешься о том, что значат граммы металла на радиусе колеса вентилятора и тысячах оборотов в минуту.

Так в чем же причина такой резкой перемены в поведении агрегата?

Дисбаланс

При работе агрегата возникают силы инерции - F, действующие на смещенный центр масс, пропорциональные массе ротора, смещению и квадрату угловой скорости. Они-то и создают переменные нагрузки на опоры R, прогиб ротора и вибрации, приводящие к преждевременному выходу агрегата из строя. Величина равная произведению расстояния от оси до центра масс на массу самого ротора - называется статическим дисбалансом и имеет размерность [г x см].

Статическая балансировка

Задачей статической балансировки является приведение центра масс ротора на ось вращения путем изменения распределения массы.

Наука о балансировке роторов объемна и разнообразна. Существуют способы статической балансировки, динамической балансировки роторов на станках и в собственных подшипниках. Балансируют самые различные ротора от гироскопов и шлифовальных кругов, до роторов турбин и судовых коленчатых валов. Создано множество приспособлений, станков и приборов с применением новейших разработок в области приборостроения и электроники для балансировки разных агрегатов. Что касается агрегатов, работающих в теплоэнергетике, то нормативной документацией по насосам, дымососам и вентиляторам предъявляются требования по статической балансировке рабочих колес и динамической балансировке роторов. Для рабочих колес применима статическая балансировка, т. к. при превышении диаметром колеса его ширины более чем в пять раз, остальные составляющие (моментная и динамическая) малы, и ими можно пренебречь.

Чтобы сбалансировать колесо нужно решить три задачи:

найти то самое "нужное место" - направление, на ко тором расположен центр тяжести;

определить, сколько "заветных грамм" противовеса необходимо и на каком радиусе их расположить;

уравновесить дисбаланс корректировкой массы рабочего колеса.

Приспособления для статической балансировки

Найти место дисбаланса помогают приспособления для статической балансировки. Их возможно изготовить самостоятельно они просты и недороги. Рассмотрим некоторые конструкции.

Простейшим устройством для статической балансировки являются ножи или призмы (Рисунок №2), установленные строго горизонтально и параллельно. Отклонение от горизонта в плоскостях параллельной и перпендикулярной оси колеса, не должно превышать 0,1 мм на 1 м. Средством проверки может служить уровень "Геологоразведка 0,01" или уровень соответствующей точности. Колесо одевается на оправку, имеющую опорные шлифованные шейки (в качестве оправки, можно использовать вал, заранее проверив его точность). Параметры призм из условий прочности и жесткости для колеса массой 100 кг и диаметром шейки оправки d = 80 мм составят: рабочая длинна L = p X d = 250 мм; ширина около 5 мм; высота 50 - 70 мм.

Шейки оправки и рабочие поверхности призм должны быть шлифованными для снижения трения. Призмы необходимо зафиксировать на жестком основании.

Если дать колесу возможность свободно перекатываться по ножам, то после остановки центр масс колеса займет положение не совпадающее с нижней точкой, из-за трения качения. При вращении колеса в противоположную сторону, после остановки оно займет другое положение. Среднее положение нижней точки соответствует истинному положению центра масс устройства (Рисунок №3) для статической балансировки. Они не требуют точной горизонтальной установки как ножи и на диски (ролики) можно устанавливать ротора с разными диаметрами цапф. Точность определения центра масс меньше из-за дополнительного трения в подшипниках качения роликов.

Применяются устройства для статической балансировки роторов в собственных подшипниках. Для снижения трения в них, которое определяет точность балансировки, применяют вибрацию основания или вращение наружных колец опорных подшипников в разные стороны.

Балансировочные весы.

Самым точным и в то же время сложным устройством статической балансировки являются балансировочные весы (Рисунок №4).

Конструкция весов для рабочих колес приведена на рисунке. Колесо устанавливают на оправку по оси шарнира, который может качаться в одной плоскости. При повороте колеса вокруг оси, в различных положениях его уравновешивают противовесом, по величине которого находят место и дисбаланс колеса.

Методы балансировки

Величину дисбаланса или количество граммов корректирующей массы определяют следующими способами:

методом подбора, когда установкой противовеса в точке противоположной центру масс добиваются равновесия колеса в любых положениях;

методом пробной массы - Мп, которую устанавливают под прямым углом к "тяжелой точке", при этом ротор совершит поворот на угол j. Корректирующую массу вычисляют по формуле

Мк = Мп ctg j

или определят по номограмме (Рисунок №5): через точку, соответствующую пробной массе на шкале Мп, и точку, соответствующую углу отклонения от вертикали j, проводят прямую, пересечение которой с осью Мк дает величину корректирующей массы.

В качестве пробной массы можно использовать магниты или пластилин.

Метод кругового обхода

Самым подробным и наиболее точным, но и наиболее трудоемким является метод кругового обхода. Он применим и для тяжелых колес, где большое трение мешает точно определить место дисбаланса. Поверхность ротора делят на двенадцать или более равных частей и последовательно в каждой точке подбирают пробную массу Мп, которая приводит ротор в движение. По полученным данным строят диаграмму (Рисунок №6) зависимости Мп от положения ротора. Максимум кривой соответствует "легкому" месту, куда необходимо установить корректирующую массу

Мк = (Мп max + Мп min)/2.

Способы устранения дисбаланса

После определения места и величины дисбаланса его необходимо устранить. Для вентиляторов и дымососов дисбаланс компенсируется противовесом, который устанавливается на внешней стороне диска рабочего колеса. Чаще всего для крепления груза используют электросварку. Этот же эффект достигается снятием металла в "тяжелом" месте на рабочих колесах насосов (по требованиям ТУ допускается снятие металла на глубину не более 1 мм в секторе не более 1800). При этом корректировку дисбаланса стараются проводить на максимальном радиусе, т. к. с увеличением расстояния от оси, возрастает влияние массы корректируемого металла на равновесие колеса.

Остаточный дисбаланс

После балансировки рабочего колеса из-за погрешностей измерений и неточности устройств сохраняется смещение центра масс, которое называется остаточным статическим дисбалансом. Для рабочих колес вращающихся механизмов нормативная документация задает допустимый остаточный дисбаланс. Например, для колеса сетевого насоса 1Д 1250 - 125 задается остаточный дисбаланс 175 г х см (ТУ 34 - 38 - 20289 - 85).

Сравнение методов балансировки на различных устройствах

Критерием сравнения точности балансировки может служить удельный остаточный дисбаланс. Он равен отношению остаточного дисбаланса к массе ротора (колеса) и измеряется в [мкм]. Удельные остаточные дисбалансы для различных методов статической и динамической балансировки сведены в таблицу №1.

Из всех устройств статической балансировки, весы дают самый точный результат, однако, это устройство самое сложное. Роликовое устройство, хотя и сложнее параллельных призм в изготовлении, но проще в эксплуатации и дает результат не многим хуже.

Основным недостатком статической балансировки является необходимость получения низкого коэффициента трения при больших нагрузках от веса рабочих колес. Повышение точности и эффективности балансировки насосов, дымососов и вентиляторов можно достичь методами динамической балансировки роторов на станках и в собственных подшипниках.

Применение статической балансировки

балансировка вибрация подшипник электродвигатель

Статическая балансировка рабочих колес эффективное средство снижения вибрации, нагрузки на подшипники и повышения долговечности машины. Но она не панацея от всех бед. В насосах типа "К" можно ограничиться статической балансировкой, а для роторов моноблочных насосов "КМ" требуется динамическая, т. к. там возникает взаимное влияние небалансов колеса и ротора электродвигателя. Необходима динамическая балансировка и для роторов электродвигателей, где масса распределена по длине ротора. Для роторов с двумя и более колесами, имеющих массивную соединительную полумуфту (например СЭ 1250 - 140), колеса и муфта балансируются отдельно, а затем ротор в сборе балансируют динамически. В отдельных случаях для обеспечения нормальной работы механизма необходима динамическая балансировка всего агрегата в собственных подшипниках.

Точная статическая балансировка - это необходимая, но иногда не достаточная основа надежной и долговечной работы агрегата.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Причины вибрации центробежных машин. Приспособления для проведения статической балансировки. Устранение неуравновешенности ротора (дисбаланса) относительно оси вращения. Определение и устранение скрытого дисбаланса. Расчет момента силы трения качения.

лабораторная работа , добавлен 12.12.2013

Балансировка ротора машин и балансировка гибких роторов как задача оценивания дисбалансов. Условие допустимости одной статической балансировки. Оценивание методом наименьших квадратов. Целевая функция метода наименьших квадратов и численные эксперименты.

дипломная работа , добавлен 18.07.2011

Анализ технологического процесса балансировки, обзор применяемого оборудования и выявление недостатков в работе. Разработка технологического процесса и устройства набора грузиков. Построение структурной и силовой схемы системы управления, выбор датчиков.

дипломная работа , добавлен 14.06.2011

Виды повреждений зубчатых колес и причины их возникновения. Типы поверхностных макроразрушений материала зубьев. Зависимость между твердостью рабочих поверхностей зубьев и характером их повреждений. Расчет нагрузочной способности зубчатых колес.

реферат , добавлен 17.01.2012

Расширение технологических возможностей методов обработки зубчатых колес. Методы обработки лезвийным инструментом. Преимущества зубчатых передач - точность параметров, качество рабочих поверхностей зубьев и механических свойств материала зубчатых колес.

курсовая работа , добавлен 23.02.2009

Характеристика и химический состав низколегированных и углеродистых сталей, применяемых для повышения долговечности рабочих органов машин. Свойства электродных материалов для наплавки. Технология электрошлаковой наплавки зубьев ковшей экскаваторов.

курсовая работа , добавлен 07.05.2014

Понятие и применение фрикционной передачи, ее конструкция, основные преимущества и недостатки, расчетная схема. Определение максимальной величины механического изнашивания на рабочих поверхностях колес открытой фрикционной цилиндрической передачи.

курсовая работа , добавлен 17.11.2010

Сведения о частотных характеристиках деталей. Расчет форм и частот собственных колебаний рабочих лопаток ГТД, методы и средства их измерения. Конструкция и принцип работы устройств для их зажима при контроле ЧСК. Способы снижения вибрационных напряжений.

курсовая работа , добавлен 31.01.2011

Требования предъявляемые зубьям шестерен. Термическая обработка заготовок. Контроль качества цементованных деталей. Деформация зубчатых колес при термической обработке. Методы и средства контроля зубчатых колес. Поточная толкательная печь для цементации.

курсовая работа , добавлен 10.01.2016

Материал для изготовления зубчатых колес, их конструктивные и технологические особенности. Сущность химико-термической обработки зубчатых колес. Погрешности изготовления зубчатых колес. Технологический маршрут обработки цементируемого зубчатого колеса.

Каусов М.А - сотрудник редакции

Надежная и исправная работа вращающихся механизмов зависит от большого числа факторов, таких как: соосность валов агрегата; состояние подшипников, их смазка, посадка на валу и в корпусе; износ корпусов и уплотнений; зазоры в проточной части; выработка сальниковых втулок; радиальный бой и прогиб вала; дисбаланс рабочего колеса и ротора; подвеска трубопроводов; исправность обратных клапанов; состояние рам, фундаментов, анкерных болтов и многое другое. Очень часто упущенный небольшой дефект, как снежный ком тянет за собой другие, а в результате выход оборудования из строя. Только учитывая все факторы, точно своевременно диагностируя их, и соблюдая требования ТУ на ремонт вращающихся механизмов, можно добиться безотказной работы агрегатов, обеспечить заданные рабочие параметры, увеличить межремонтный ресурс, снизить уровень вибрации и шума. Планируется посвятить теме ремонта вращающихся механизмов ряд статей, в которых будут рассмотрены вопросы диагностики, технологии ремонта, модернизации конструкции, требованиям к отремонтированному оборудованию и рационализаторским предложениям по повышению качества и снижению трудоемкости ремонта.

В ремонте насосов, дымососов и вентиляторов трудно переоценить значение точной балансировки механизма. Как удивительно и радостно видеть некогда грохочущую и трясущуюся машину, которую усмирили и успокоили несколько граммов противовеса, заботливо установленные в «нужное место» умелыми руками и светлой головой. Невольно задумываешься о том, что значат граммы металла на радиусе колеса вентилятора и тысячах оборотов в минуту.

Так в чем же причина такой резкой перемены в поведении агрегата?

Попробуем представить себе, что вся масса ротора вместе с рабочим колесом сосредоточена в одной точке - центре масс (центре тяжести), но из-за неточности изготовления и неравномерности плотности материала (особенно для чугунных отливок) эта точка смещена на некоторое расстояние от оси вращения (Рисунок №1). При работе агрегата возникают силы инерции - F, действующие на смещенный центр масс, пропорциональные массе ротора, смещению и квадрату угловой скорости. Они-то и создают переменные нагрузки на опоры R, прогиб ротора и вибрации, приводящие к преждевременному выходу агрегата из строя. Величина равная произведению расстояния от оси до центра масс на массу самого ротора - называется статическим дисбалансом и имеет размерность [г x см].

Статическая балансировка

Чтобы сбалансировать колесо нужно решить три задачи:

1) найти то самое «нужное место» - направление, на ко тором расположен центр тяжести;

2) определить, сколько «заветных грамм» противовеса необходимо и на каком радиусе их расположить;

3) уравновесить дисбаланс корректировкой массы рабочего колеса.

Приспособления для статической балансировки

Простейшим устройством для статической балансировки являются ножи или призмы (Рисунок №2), установленные строго горизонтально и параллельно. Отклонение от горизонта в плоскостях параллельной и перпендикулярной оси колеса, не должно превышать 0,1 мм на 1 м. Средством проверки может служить уровень «Геологоразведка 0,01» или уровень соответствующей точности. Колесо одевается на оправку, имеющую опорные шлифованные шейки (в качестве оправки, можно использовать вал, заранее проверив его точность). Параметры призм из условий прочности и жесткости для колеса массой 100 кг и диаметром шейки оправки d = 80 мм составят: рабочая длинна L = p X d = 250 мм; ширина около 5 мм; высота 50 - 70 мм.

Балансировочные весы.

Самым точным и в то же время сложным устройством статической балансировки являются балансиро вочные весы (Рисунок №4). Конструкция весов для рабочих колес приведена на рисунке. Колесо устанавливают на оправку по оси шарнира, который может качаться в одной плоскости. При повороте колеса вокруг оси, в различных положениях его уравновешивают противовесом, по величине которого находят место и дисбаланс колеса.

Методы балансировки

Величину дисбаланса или количество граммов корректирующей массы определяют следующими способами:

-методом подбора, когда установкой противовеса в точке противоположной центру масс добиваются равновесия колеса в любых положениях;

-методом пробной массы - Мп, которую устанавливают под прямым углом к «тяжелой точке», при этом ротор совершит поворот на угол j. Корректирующую массу вычисляют по формуле Мк = Мп ctg j или определят по номограмме (Рисунок №5): через точку, соответствующую пробной массе на шкале Мп, и точку, соответствующую углу отклонения от вертикали j, проводят прямую, пересечение которой с осью Мк дает величину корректирующей массы.

В качестве пробной массы можно использовать магниты или пластилин.

Метод кругового обхода

Самым подробным и наиболее точным, но и наиболее трудоемким является метод кругового обхода. Он применим и для тяжелых колес, где большое трение мешает точно определить место дисбаланса. Поверхность ротора делят на двенадцать или более равных частей и последовательно в каждой точке подбирают пробную массу Мп, которая приводит ротор в движение. По полученным данным строят диаграмму (Рисунок №6) зависимости Мп от положения ротора. Максимум кривой соответствует «легкому» месту, куда необходимо установить корректирующую массу Мк = (Мп max + Мп min)/2.

Способы устранения дисбаланса

После определения места и величины дисбаланса его необходимо устранить. Для вентиляторов и дымососов дисбаланс компенсируется противовесом, который устанавливается на внешней стороне диска рабочего колеса. Чаще всего для крепления груза используют электросварку. Этот же эффект достигается снятием металла в «тяжелом» месте на рабочих колесах насосов (по требованиям ТУ допускается снятие металла на глубину не более 1 мм в секторе не более 1800). При этом корректировку дисбаланса стараются проводить на максимальном радиусе, т. к. с увеличением расстояния от оси, возрастает влияние массы корректируемого металла на равновесие колеса.

Остаточный дисбаланс

После балансировки рабочего колеса из-за погрешностей измерений и неточности устройств сохраняется смещение центра масс, которое называется остаточным статическим дисбалансом. Для рабочих колес вращающихся механизмов нормативная документация задает допустимый остаточный дисбаланс. Например, для колеса сетевого насоса 1Д1250 - 125 задается остаточный дисбаланс 175 г х см (ТУ 34 - 38 - 20289 - 85) .

Сравнение методов балансировки на различных устройствах

Основным недостатком статической балансировки является необходимость получения низкого коэффициента трения при больших нагрузках от веса рабочих колес. Повышение точности и эффективности балансировки насосов, дымососов и вентиляторов можно достичь методами динамической балансировки роторов на
станках и в собственных подшипниках.

Применение статической балансировки

Статическая балансировка рабочих колес эффективное средство снижения вибрации, нагрузки на подшипники и повышения долговечности машины. Но она не панацея от всех бед. В насосах типа «К» можно ограничиться статической балансировкой, а для роторов моноблочных насосов «КМ» требуется динамическая, т. к. там возникает взаимное влияние небалансов колеса и ротора электродвигателя. Необходима динамическая балансировка и для роторов электродвигателей, где масса распределена по длине ротора. Для роторов с двумя и более колесами, имеющих массивную соединительную полумуфту (например СЭ 1250 - 140), колеса и муфта балансируются отдельно, а затем ротор в сборе балансируют динамически. В отдельных случаях длят обеспечения нормальной работы механизма необходима динамическая балансировка всего агрегата в собственных подшипниках.

Точная статическая балансировка - это необходимая , но иногда не достаточная основа надежной и долговечной работы агрегата.

Балансировка роторов агрегатов на месте их эксплуатации - одна из основных составляющих технологии виброналадки, использующая специализированные технические средства и программное обеспечение для балансировки на месте и требующая дополнительной подготовки специалистов по виброналадке.

Колебательные силы, действующие в агрегатах на частоте вращения ротора

У каждого вращающегося в подшипниках узла (вала, ротора) можно выделить три оси, от взаимного расположения которых зависят параметры вибрации агрегата, возбуждаемые его ротором. К ним относятся ось вращения, ось инерции и геометрическая ось. Минимальной вибрация оказывается в том случае, если все три оси совпадают, рис. 12.1.

Рис.12.1. Основные оси ротора в составе агрегата: а) оси совпадают - норма, б) ось инерции смещена - необходима балансировка ротора, в) геометрическая ось смещена - необходим ремонт агрегата.

При механической связи двух и более роторов в одном агрегате процесс формирования вибрации агрегата на частоте вращения определяется еще двумя факторами. Это точность совмещения осей вращения этих роторов с расчетными (обычно в линию или параллельно), и точность совмещения осей передачи крутящего момента. Дополнительных колебательных сил на частоте вращения каждого из роторов не возникает, если оси полностью совмещены.

Смещение оси инерции относительно оси вращения приводит к появлению во вращающемся роторе центробежных сил с частотой вращения, действующих на ротор, которые уменьшают путем балансировки ротора с установкой (снятием) балансировочных масс в плоскости коррекции ротора. Результатом балансировки является снижение величины смещения этих осей друг относительно друга, которое в пределе стремится к нулю.

Смещение геометрической оси ротора относительно оси вращения приводит к дополнительному изменению сил взаимодействия ротора с другими подвижными или неподвижными элементами агрегата либо при механическом контакте (элементов механических передач или колес с дорогой), либо через рабочую среду (газ, жидкость, магнитное поле). Это динамическое взаимодействие приводит, как правило, к появлению двух радиальных сил, в том числе и с частотой вращения ротора, приложенных к ротору и другим частям агрегата встречно в радиальном к осям вращения направлении, и/или пульсирующих моментов, приложенных к ним по касательной. Для уменьшения указанных сил необходимо обнаруживать и устранять смещение геометрической оси ротора, преимущественно путем ремонта узлов агрегата. Кроме этого следует производить балансировку элементов механических передач и колес до их установки в агрегат.

Смещение осей вращения двух (и более) механически связанных роторов в агрегате относительно единой линии вала (или относительно их расчетного положения) также приводит к появлению колебательных сил на частоте вращения ротора и ее гармониках. Для снижения этих сил производят центровку и выверку роторов (осей их вращения). Задачи технологии центровки и выверки рассматриваются в следующем разделе настоящего обзора.

Смещение оси передачи крутящего момента (при совпадении оси вращения и геометрической оси полумуфт) часто происходит из-за дефектов упругих элементов или их посадочных мест в муфте и приводит к появлению действующей на ротор радиальной силы с частотой его вращения, зависящей от величины передаваемого крутящего момента. Компенсировать эту силу можно в процессе балансировки ротора, но только на одной выбранной для балансировки нагрузке на агрегат.

Таким образом, в агрегате на частоте вращения ротора могут появляться как центробежные или нецентробежные вращающиеся силы, действующие на ротор, так и пары колебательных сил и пульсирующих моментов разной природы, действующие встречно на ротор и неподвижные узлы агрегата. В этих парах встречных колебательных сил и пульсирующих моментов на частоте вращения ротора при его балансировке на месте путем установки балансировочных масс в плоскости коррекции может быть снижена только одна из составляющих - радиально направленная к ротору и вращающаяся в том же направлении.

Особо следует выделить нецентробежные силы, действующие на частоте вращения коленчатого вала поршневой машины. Это, прежде всего, пульсирующие моменты, прикладываемые к коленчатому валу и корпусу, появляющиеся из-за разброса величины сил, действующих на разные поршни машины, и создающие встречные моментные колебания коленчатого вала и корпуса. Балансировать вращающиеся узлы поршневых машин, в том числе коленчатый вал, следует до сборки машины.

Основные положения балансировки роторов

Балансировка ротора на станке - это операции совмещения осей вращения и инерции ротора, определяемых и контролируемых при вращении ротора, установленного на балансировочный станок.

Балансировка ротора на месте эксплуатации агрегата (балансировка на месте) - это операции снижения вибрации агрегата на частоте вращения ротора путем установки балансировочных масс на вращающиеся части в доступные плоскости коррекции. Балансировка на месте может выполняться с целью обеспечения требуемой вибрации либо для одного (типового) режима работы агрегата (по частоте вращения, нагрузке и т.п.), либо для нескольких, предварительно определяемых режимов его работы.

В идеальном случае - при вращении неуравновешенного ротора на балансировочном станке - на него действуют только центробежные силы с частотой его вращения из-за смещения оси инерции относительно оси вращения. Характеризуется неуравновешенность ротора величинами эксцентриситета е или дисбаланса me , где m - масса ротора. Поскольку неуравновешенность ротора может представлять собой сумму статической и моментной составляющей, см. рис. 12.2. количественные характеристики неуравновешенности могут делить на две составляющие с привязкой к каждой плоскости коррекции или опоре вращения ротора.

Рис.12.2. Виды неуравновешенности ротора - статическая, моментная, динамическая. Тяжелые точки ротора затемнены, легкие точки ротора (места установки балансировочных масс) указаны кружками с цифрами.

Жесткость ротора (или его вала, или подшипников) конечна, и при вращении центробежная сила деформирует его, создавая дополнительный дисбаланс, который суммируется с начальным дисбалансом и растет с ростом частоты вращения ротора. Существует, однако, скорость вращения ротора, называемая критической, после которой направление дополнительного дисбаланса ротора меняется на противоположное. В этом случае суммарный дисбаланс ротора резко уменьшается, ротор начинает вращаться вокруг оси инерции, но геометрическая ось сохраняет деформацию, т.е. вал «бьет» в подшипниках на величину начального эксцентриситета. Этот эффект называется автобалансировкой ротора и используется при проектировании высокооборотных машин для снижения вибрации на рабочей частоте вращения. При этом необходимость балансировки гибкого ротора сохраняется, а ее задачей становится снижение боя вала в подшипниках Ротор таких машин называется гибким, причем ротор всегда относится к гибким, если его критическая частота вращения ниже, чем 1,25 от рабочей частоты его вращения.

Эффект автобалансировки ротора используется и в наиболее распространенных зарезонансных балансировочных станках в которых устанавливаются опоры вращения низкой жесткости. В таких станках задачей балансировки на закритических частотах вращения является снижение «боя» вала в каждой из опор. Однако при такой балансировке гибкого ротора, как жесткого, не решается ряд вопросов его балансировки на скоростях вращения, близких к критическим.

Если начальный дисбаланс статический, то и дополнительный из-за прогиба вала - также статический (рис 12.3.), и он начнет компенсироваться после первой критической скорости, при моментном дисбалансе автобалансировка начнется после второй критической скорости, которая выше первой приблизительно в 4 раза. Проектируют же роторы высокооборотных машин обычно так, чтобы первая критическая скорость была ниже частоты вращения ротора, а вторая - находилась посередине между первой и второй гармониками частоты вращения. Таким образом, соотношение между статическим и моментным дисбалансом начинает зависеть от частоты вращения ротора. Соответственно, даже на балансировочных станках при динамической балансировке таких роторов возникают трудности, которые при балансировке на месте достаточно просто преодолеваются только при использовании многоканальных виброизмерительных систем, специальных алгоритмов диагностики и программ балансировки роторов многорежимных механизмов.

Рис.12.3. Форма прогиба ротора на первой и второй критических скоростях вращения

Требования к проведению работ по балансировке роторов

Для балансировки роторов, как на балансировочном станке, так и в составе агрегата на месте его эксплуатации, кроме подготовленного специалиста по балансировке, необходимы:

устройство, обеспечивающее вращение ротора - либо балансировочный станок, либо собственный или внешний привод балансируемого агрегата.
доступные в процессе балансировки места крепления компенсирующих и пробных масс на роторе в выделенных плоскостях коррекции,
средство измерения на частоте вращения ротора амплитуд и фаз либо центробежной силы, в каждой опоре вращения, либо вибрации вала в плоскости опор вращения, либо радиальной вибрации неподвижных частей опор вращения (можно в других контрольных точках) балансируемого агрегата.
программное обеспечение для расчета величин и координат установки компенсирующих масс по результатам начальных измерений и измерений на пробных пусках (программа балансировки).

Это основные требования, без которых проводить балансировку невозможно. Но эти требования не учитывают того, что у каждого ротора кроме оси вращения и оси инерции есть геометрическая ось, а у связанных между собой роторов еще и общая ось вращения (линия вала), и ось передачи крутящего момента. Любое их смещение относительно оси вращения одного из роторов приводит к появлению дополнительных сил на частоте вращения, которые могут ограничить возможности балансировки. Поэтому необходимы еще и средства диагностики источников оборотной вибрации, и диагностическая подготовка специалиста по балансировке.

Операции балансировки роторов на месте эксплуатации

Простейшая балансировка жесткого ротора агрегата обычно проводится по вибрации неподвижных частей опор вращения ротора, измеряемой в радиальном к оси вращения направлении на выбранной оператором скорости вращения ротора. Как правило, она проводится на минимальной (но не менее 40-50 об/мин) из возможных скоростей вращения ротора, которую можно стабилизировать на время проведения измерений вибрации. Измеряться могут как параметры нормируемых виброперемещения или виброскорости, так и параметры виброускорения, величина которого обычно не нормируется. Но во всех случаях до начала балансировки ротора на месте эксплуатации и после ее окончания проводятся контрольные измерения величины виброскорости или виброперемещения в стандартных точках контроля вибрации агрегата в номинальном режиме (режимах) работы агрегате и в предписанной для измерений вибрации на этом режиме полосе частот.

Количество точек контроля вибрации при проведении операций балансировки теоретически может быть сведено к одной на каждой опоре вращения, но на практике, с использованием балансировочных программ, не ограничивающих количество точек контроля вибрации, их используется существенно больше. Обычно рекомендуется использовать две точки контроля радиальной к оси вращения вибрации на каждой опоре вращения, с направлениями, отличающимися в плоскости сечения ротора на угол, близкий к 90 угловым градусам. Чаще всего в машинах горизонтального исполнения вибрация измеряется в вертикальном и горизонтальном направлениях. Это позволяет вводить в программы алгоритмы поиска ошибок, совершаемых оператором при последовательном измерении вибрации в точках контроля, не прибегая к повторным пускам агрегата после их обнаружения.

Количество плоскостей коррекции, используемых для балансировки жестких роторов на месте, обычно не превышает количества опор вращения, но часть плоскостей коррекции может оказаться недоступной и их приходится заменять, используя в качестве такой плоскости, например, полумуфту. В этом случае плоскостей коррекции может быть и меньше, и больше количества опор вращения.

Первая операция - измерение начальной вибрации агрегата при выбранной для балансировки скорости вращения. В обязательном порядке измеряются амплитуды и фазы (относительно устанавливаемой на ротор метки) вибрации на частоте вращения ротора. Однако дополнительно рекомендуется измерить и спектр вибрации в каждой точке контроля, чтобы убедиться в том, что выполняемая работа может привести к снижению уровня вибрации до предъявляемых к ней требований. А такой результат возможен, если максимальный (по всем точкам контроля) уровень вибрации на частоте вращения агрегата (по виброскорости) больше уровня других составляющих вибрации в контролируемой полосе частот хотя бы в 2,5-3 раза, а уровни остальных составляющих ниже требований, как минимум в 1,5 раза.

Вторая операция - установка пробной массы в одну из плоскостей коррекции ротора агрегата. Выбирается одна из ближайших к точке контроля с максимальной величиной вибрации на частоте вращения плоскость коррекции. При этом учитывается и доступность этой плоскости коррекции для установки пробной массы, при существенных ограничениях по доступности ее заменяют на другую (ближайшую) плоскость. Пробная масса, если нет априорных данных о ее величине, выбирается такой, чтобы создаваемая ею центробежная сила (на максимальной рабочей частоте вращения) была близка к четверти силы тяжести ротора. Пробную массу желательно устанавливать поближе к легкой точке ротора, для поиска которой оператор должен иметь определенный опыт измерений вибрации или средства измерения диаграммы Боде (фазо-частотной характеристики ротора) на выбеге агрегата после каждого его пуска.

Третья операция - ввод данных начальных измерений вибрации и измерений после первого пуска в программу балансировки для расчета коэффициентов влияния пробной массы на вибрацию в каждой точке контроля. Обычно профессиональные программы балансировки по всем полученным коэффициентам влияния сразу определяют необходимые параметры балансировочных (компенсирующих) масс и ожидаемые уровни вибрации агрегата на частоте вращения ротора. Если ожидаемый результат удовлетворяет оператора, он может установить рассчитанные балансировочные массы в первую плоскость и переходить к контрольному измерению вибрации на следующем пуске. Если нет - выполняется четвертая операция, аналогичная второй - второй пробный пуск с установкой пробной массы во вторую плоскость, а затем и пятая операция, аналогичная третьей - расчет ожидаемой вибрации с установкой двух компенсирующих масс в двух плоскостях коррекции.

После четвертой и пятой операции, могут выполняться шестая и седьмая, также аналогичные второй и третьей операции - до тех пор, пока ожидаемый результат балансировки не удовлетворит оператора, или пока не закончатся все используемые для установки пробных масс плоскости коррекции.

В любой практической ситуации после выполнения контрольных измерений по результатам балансировки с использованием неполного комплекта плоскостей коррекции в случае неудовлетворительного результата балансировка с использованием современных программ может быть продолжена. Балансировочные массы будут рассчитываться по имеющимся коэффициентам влияния, т.е. без повторных пусков с установкой новых пробных масс в те плоскости коррекции, для которых пробные пуски уже были произведены.

Операции повышенной сложности могут использоваться для балансировки роторов на месте в следующих случаях:

на первом пуске агрегата после ремонта вращающихся узлов, когда появляется опасность недопустимого роста вибрации в процессе увеличения скорости вращения ротора,
при балансировке гибкого ротора.
при действии на частоте вращения ротора нецентробежных сил либо из-за дефектов ротора, либо из-за смещения геометрической оси ротора (роторов) или оси передачи крутящего момента относительно оси вращения,

В первом случае типовыми решениями являются предварительная балансировка ротора на балансировочном станке или предварительная низкоскоростная балансировка ротора, которая часто имеет и технические, и экономические преимущества при использовании методов балансировки на нестабильных частотах вращения (на выбеге после частичного разгона ротора).

Для балансировки гибких роторов рекомендуется использовать многоканальные системы балансировки с онлайн анализом вибрации, а в агрегатах с установленными датчиками относительных перемещений вала (проксиметрами) - использование этих датчиков в операциях балансировки.

Для балансировки агрегатов со значительным вкладом в вибрацию на частоте вращения нецентробежных сил рекомендуется использовать методы и средства диагностики источников этих сил, см. следующий раздел. Такого рода диагностику рекомендуется проводить до решения о проведении балансировки эксплуатируемого агрегата, а для агрегатов после ремонта - в процессе виброналадки, начиная с первого пуска.

Подготовка специалистов по балансировке роторов на месте эксплуатации

Минимальный срок подготовки после освоения основ виброконтроля - 18 часов, 3 уровня подготовки с практическим освоением средств и программ балансировки роторов на месте эксплуатации, методов и средств диагностики источников вибрации, возбуждаемой ротором.

начальный, с изучением особенностей измерения и анализа вибрации при проведении балансировки и освоением простейших технических средств и программ двухплоскостной однорежимной балансировки роторов,
расширенный с освоением средств и программ балансировки многорежимных роторов, методов поиска источников вибрации на частоте вращения и кратных частотах, ограничивающих эффективность работ по балансировке,
полный, с изучением особенностей балансировки на нестабильных частотах вращения ротора, экспертной диагностики и устранения причин ограничений на балансировку жестких и гибких роторов.

Индивидуальные консультации по методам, приборам и программам балансировки роторов, экспертной диагностики причин возникающих ограничений на достигаемую эффективность балансировки, подбор средств балансировки с возможностью виброконтроля и экспертной диагностики.

Диагностика ограничений на эффективность балансировки роторов

Причины возможных ограничений на эффективность балансировки ротора делятся на три основные группы:

недостатки привода, который обеспечивает вращение ротора при выполнении операций балансировки, включая несоосность передаваемого на ротор крутящего момента,
ошибки и погрешности измерения неуравновешенности ротора при балансировке на станке или амплитуд и фаз оборотной вибрации при балансировке на месте, в том числе из-за вибрационных помех от других работающих агрегатов,
появление значительных нецентробежных сил на частоте вращения балансируемого агрегата при балансировке на месте, в том числе от несовпадения оси вращения и геометрической оси ротора, а также от локальных дефектов вращающихся и движущихся узлов (механических передач, рабочих колес, поршней и т.п.).

Недостатки привода, в основном, определяют качество балансировочных станков. Оценить его можно в том случае, если в станке есть возможность на ходу разомкнуть узел передачи крутящего момента и провести расчет коэффициентов влияния и балансировочных масс для двух режимов - принудительного вращения и выбега, но на близких (в пределах 5-10%) частотах вращения. Для этого необходима многоканальная система балансировки, обеспечивающая балансировку роторов в режиме выбега.

Ошибки измерений чаще всего возникают при балансировке роторов на месте в ходе перестановки и крепления датчиков вибрации в точках контроля при последовательном измерении амплитуд и фаз оборотной вибрации. Как правило, это одиночные ошибки, и их можно выявить в автоматическом режиме обработке данных в программе балансировки, если количество точек контроля превышает одну на каждую опру вращения. Типовые погрешности измерения амплитуд и фаз оборотной вибрации для используемых средств балансировки - около 5% для амплитуды и около 10 угловых градусов - для фазы. Абсолютные погрешности влияют на результат балансировки в меньшей степени, так как в расчетах балансировочных масс используются относительные измерения. Важна идентичность измерительных каналов в многоканальных системах балансировки а, при повторных балансировках по коэффициентам влияния, использование того же средства измерения, с которым выполнялась первая.

При балансировке агрегатов на месте эксплуатации влияние на результат измерения амплитуд и фаз оборотной вибрации может оказывать несинхронная вибрация других работающих рядом агрегатов, приводящая к нестабильности получаемых значений. В таком случае следует уменьшать ширину полосы синхронных фильтров в средствах измерения, а, при отсутствии такой возможности (или дополнительно), увеличивать время усреднения получаемых результатов.

Основные ограничения на эффективность балансировки на месте чаще всего определяются дефектами ротора и его связи с другими узлами агрегата.

На первом месте по степени влияния на нецентробежные силы и вибрацию с частотой вращения узла находится несоосность геометрической оси и оси вращения элементов механической передачи («бой» ротора, шестерни, колеса и т.д.). Если передача изменяет частоту вращения ведомого ротора (вала) относительно ведущего (зубчатая, ременная и другие передачи), основным признаком несоосности является амплитудная модуляция оборотной вибрации бездефектного вала частотой вращения дефектного вала, см. рис.12.4. Перед попыткой балансировать ротор на месте дефект следует обнаружить и устранить, так как даже балансировка такого ротора на станке ожидаемого снижения вибрации агрегата на частоте вращения не даст.

Рис. 12.4. В спектре вибрации зубчатой передачи есть признак модуляции оборотной вибрации высокооборотного вала частотой вращения низкооборотного вала. Это указывает на действие двух встречных сил кинематической природы, т.е. возможности балансировки высокооборотного вала составе данной передачи ограничены.

На втором месте по степени влияния на оборотную вибрацию агрегатов находится дефект элемента механической передачи, например, зуба шестерни. В этом случае на агрегат действует ударная сила с частотой вращения ротора (вала) с дефектным элементом передачи, и вибрация агрегата содержит большое число кратных гармоник, см. рис.12.5. Аналогичный результат будет и при дефекте муфты, связывающей два синхронно вращающихся ротора. Перед балансировкой агрегата на месте дефект необходимо обнаружить и устранить.

Рис.12.5. В спектрах вибрации (виброскорости и виброускорения) зубчатой передачи есть признак ударного взаимодействия - большое количество кратных гармоник. Вал (ротор), на который действует удар с частотой вращения, балансировке до устранения дефекта не подлежит

В агрегатах без механической передачи, изменяющей частоту или направления вращения ведомого вала, на первое место по источникам нецентробежных сил на частоте вращения балансируемого ротора выходит несоосность соединяемых муфтой роторов (валов) агрегата. Причиной может быть как несоосность опор вращения (статическая расцентровка валов), см. следующий раздел по центровке валов, так и дефект соединительной муфты со смещением осей вращения валов под нагрузкой (динамическая расцентровка). Перед балансировкой необходимо обнаруживать и устранять причины расцентровки валов. Основным признаком расцентровки роторов является появление импульсной нагрузки один раз за оборот, приводящей к росту вибрации на частотах, кратных частоте вращения ротора.

Следующее место по влиянию нецентробежных сил на оборотную вибрацию агрегата занимает несовпадение геометрической оси ротора с осью вращения в асинхронных электродвигателях. Такое несовпадение принято называть динамическим эксцентриситетом воздушного зазора, а его причиной чаще всего бывают износ подшипника и ошибки восстановления на роторе посадочных мест под подшипники во время ремонта ротора двигателя. В многополюсных синхронных электрических машинах причина повышенной вибрации на частоте вращения - другая, это проблемы с обмоткой возбуждения на роторе, а иногда, в явнополюсных синхронных машинах - перекос полюсных наконечников на роторе.

Основным признаком дефекта является амплитудная модуляция магнитной составляющей вибрации (на двойной частоте питания) частотой вращения ротора. Пример спектра вибрации электродвигателя с таким дефектом приведен на рис.12.6. . Обнаружить данный дефект можно и по появлению признаков модуляции зубовой вибрации электрической машины (см. раздел 15). При обнаружении дефекта перед балансировкой предпочтительным действием является ремонт двигателя с устранением дефекта.

Рис.12.6. В спектре вибрации асинхронного электродвигателя есть признак модуляции магнитной вибрации (на двойной частое питающего напряжения 100Гц) из-за динамического эксцентриситета воздушного зазора. Возможности балансировки ротора на месте ограничены.

В насосах появление сравнимых по величине с центробежными нецентробежных сил, имеющих ту же частоту, определяется взаимодействием потока с рабочим колесом. Основные причины - несовпадение геометрической оси рабочего колеса с его осью вращения (бой рабочего колеса) или локальный дефект одной из лопастей. Это взаимодействие приводит к появлению зависимости производительности насоса от угла поворота рабочего колеса. Большинство центробежных насосов меняет направление потока и потому имеет значительную осевую нагрузку. В таких насосах появление переменной нагрузки приводит к росту осевой вибрации насоса на частоте вращения, которая не может быть снижена путем балансировки рабочего колеса. Повышенная осевая вибрация насоса на частоте вращения, а также на ее гармониках являются признаком дефектов рабочего колеса центробежных насосов, которые устраняются при замене рабочего колеса на бездефектное.

В осевых насосах таких признаков боя рабочего колеса или дефекта одной из лопастей нет, но, как и в центробежных насосах, можно воспользоваться дополнительным признаком - модуляцией лопастной составляющей вибрации насоса частотой его вращения, как это показано на рис. 12.7.

Рис 12.7. В спектре вибрации центробежного насоса с рабочим колесом, одна из шести лопастей которого имеет дефект, есть признаки дефекта лопасти - повышенная вибрация на кратных гармониках частоты вращения kF вр и модуляция лопастной вибрации F л частотой вращения рабочего колеса kF вр . Возможности балансировки насоса на месте ограничены.

Рабочие колеса при вращении в потоке воздуха (газа) также создают нецентробежные силы на частоте его вращения при бое рабочего колеса или при нарушении условий обтекания одной (или группы соседних) лопаток. Эти силы также ограничивают эффективность балансировки рабочего колеса, особенно многорежимных по производительности и/или скорости вращения агрегатов. Для обнаружения такого рода сил используется несколько способов, основным из которых является поиск зависимости величины оборотной вибрации от производительности агрегата, изменяемой скачком. Еще один эффективный способ, работающий в агрегатах преимущественно с одним рабочим колесом - анализ соотношения фаз колебаний на разных опорах вращения агрегата, так как дефектное рабочее колесо, в отличие от бездефектного, возбуждает значительные моментные колебания ротора. Наконец, в центробежных нагнетателях для оценки вклада нецентробежных сил, как и в насосах, можно контролировать осевую вибрацию опоры вращения, к которой приложена основная осевая нагрузка нагнетателя.

Простейшие средства и программы балансировки

Существующие средства и программы балансировки можно разделить на три основные группы:

простейшие приборы для балансировки однорежимных агрегатов с жесткими роторами, до двух роторов в собственных опорах вращения,
системы балансировки для многорежимной балансировки жестких роторов, в том числе многоканальные, с экспертной диагностикой дефектов, ограничивающих ее эффективность,
многоканальные системы виброналадки с многорежимной балансировкой жестких и гибких роторов и экспертной диагностикой дефектов.

Простейший прибор для балансировки жестких роторов представлен на рис. 12.8.

Рис. 12.8. Прибор для балансировки роторов на базе сборщика данных - виброанализатора СД -12.

В состав такого прибора должны входить:

датчик вибрации,
датчик угла поворота ротора (датчик оборотов с одним импульсом на оборот),
синхронный фильтр для измерения амплитуды вибрации на частоте вращения,
фазометр для измерения разности фаз между выделенной фильтром гармоникой вибрации и меткой на роторе,

Кроме этого необходима программа расчета балансировочных масс по измеренным амплитудам и фазам оборотной вибрации, которая либо встраивается в прибор, либо устанавливается на компьютере.

Прибор в указанной комплектации рассчитан на балансировку «идеального» ротора, на который действуют только центробежные силы, не зависящие от внешних условий, таких как температура, нагрузка на агрегат и другие. Его невозможно использовать для анализа ограничений из-за действия нецентробежных сил на частоте вращения, в частности по приведенным ранее признакам, а, во многих случаях, при замене недоступной плоскости коррекции на доступную или для диагностики дефектов, которые могут появиться при частичной разборке агрегата в процессе установки пробных и корректирующих масс.

Указанные недостатки устраняются, если балансировочный прибор дополнительно может измерять узкополосные спектры вибрации в точках ее контроля, запоминать спектры вибрации одинаковых агрегатов и коэффициенты влияния пробных масс на выбранные точки контроля, а также сравнивать спектры вибрации и коэффициенты влияния нескольких однотипных агрегатов.

Реализовать многие из рассмотренных задач балансировки жестких роторов на месте эксплуатации агрегатов можно, используя виброанализатор серии СД со встроенной программой балансировки (см. рис 12.8), дополненный внешней программой Vibro-12.

Многоканальные системы многорежимной балансировки являются неотъемлемой частью систем виброналадки агрегатов с узлами вращения и рассматриваются в разделе «средства и программы виброналадки» .

Для Вашего удобства все статьи нашего сайта по теме «Балансировка роторов на месте эксплуатации» мы собрали в одном месте.
Вы можете прочитать их в разделе

Многие владельцы автомобилей сильно недооценивают такую процедуру техобслуживания своего «железного коня» как балансировка колес. Однако любой механик скажет вам, что от правильной балансировки колес зависит не только корректная работа автомобильной подвески, но и срок ее эксплуатации. Несложно догадаться, что регулярное и правильное выполнение данной процедуры в разы увеличивает безопасность движения на дороге. При этом, осуществлять балансировку колес необходимо достаточно часто, особенно если с ними проводились еще какие-то манипуляции – замена дисков или шин. Поскольку сегодня практически на каждой СТО можно осуществить балансировку, проблема эта в принципе перестает быть проблемой.

1. Как выполняется балансировка колес

Главная цель, с которой осуществляется балансировка колес – это, конечно же, обеспечение равномерного распределения массы колеса и всех его деталей относительно оси, на которой оно вращается. Для безопасной езды очень важно, чтобы центр масс находился непосредственно на оси вращения. Благодаря этому колесо будет давать минимальные колебания во время движения, поскольку центр масс не будет смещаться от центра вращения.

При осуществлении балансировки колес очень важно учитывать, чтобы они были уравновешены в разных направлениях оси. В противном случае во время движения колеса могут очень сильно вибрировать, ускорится их износ, а также износ подвески в целом. В частности, последствием неправильной балансировки может стать:

1. Разрушение подшипников, которые находятся в ступицах колес. Если разрушение произойдет непосредственно во время движения, существует очень большой риск того, что колесо может отлететь прямо «на ходу». Не секрет, что подобное дорожное происшествие может привести к плачевному результату.

2. Ухудшение сцепления колес с дорожным покрытием, поскольку из-за вибраций колеса контактное пятно становится очень нестабильным. В свою очередь отсутствие нормального сцепления приводит к тому, что водителю становится очень трудно управлять транспортным средством. При необходимости резко остановить автомобиль, его тормозной путь может увеличиться даже вдвое. То есть движение на таком авто становится очень опасным.

3. Изнашивается протектор. То есть очень быстро утрачиваются его основные технические параметры, необходимые для обеспечения устойчивости автомобиля.

4. Вибрация от колес передается даже на рулевое управление автомобилем, что вызывает повышенную утомляемость водителя во время управления автомобилем.

Для непосредственного выполнения балансировки колес вам обязательно понадобится балансировочный станок. Основой данного устройства является конус крепления, благодаря которому положение колеса выравнивается автоматически. При этом в процессе работы ориентация осуществляется на центр оси вращения.

Сама же процедура заключается в том, что при установке станка колесо на нем максимально интенсивно раскручивается, при этом мастер периодически осуществляет перемещение специальных грузиков из свинца (они находятся на диске). В момент остановки колеса его положение является случайным и не всегда правильным. Подобным образом осуществляется грубая балансировка.

Чтобы осуществить более точную балансировку колес, применяется электронный станок, в которые вносятся исходные параметры колеса. После этого установка сама выдает место и вес установки свинцовых грузиков. Грузики для балансировки колес могут использоваться разные. По мнению специалистов, наиболее оптимальным вариантом для этого являются набивные, которые особенно удобно использовать в зимнее время. Связано это с тем, что такие грузики будут удерживаться на колесе и при расширении дисков. Однако, если установить таковые на колесо является невозможным, приходится использовать клеящиеся.

Теперь давайте разберемся в вопросе, почему же балансировку колес практически нереально выполнить в домашних условиях? В первую очередь, это связано с отсутствием станка. Даже если он и есть у вас, для правильного выполнения процедуры очень важно осуществить его правильную настройку. Не менее важным фактором также является мастерство самого мастера, который будет осуществлять балансировку. В частности, именно мастер определяет то, насколько готово само оборудование к выполнению подобной задачи, насколько правильно оно откалибровано. В противном случае, результат балансировки будет неудовлетворительным.

При осуществлении балансировки колес также необходимо учитывать следующие нюансы:

1. Перед тем как приступать к выполнению процедуры, обязательно вымойте колеса.

2. Удалите старые балансировочные грузики, которые использовались для настройки колес ранее.

3. Закрепив колесо в станке, биение его шины в радиальном и боковом направлениях необходимо обязательно замерить, чтобы полученные результаты балансировки можно было сверить с исходными.

4. Если перед балансировкой вы осуществляли замену шин, при их установке обязательно следует использовать специальный раствор или смазку. Без нее шина может стать неровно, что вызовет полную разбалансировку колеса. Если же в процессе работ не удается правильно сбалансировать колесо, стоит еще раз обратиться к шинам, проверить правильность их установки. Убедиться в этом можно, либо просто постучав по ободу колеса, либо увеличив давление в шине. В последнем случае неправильность установки шины будет заметна даже визуально.

5. Если вы хотите добиться максимально точной балансировки колес, выбирайте для этого те мастерские, которые предлагают так называемый «3D шиномонтаж». Благодаря наличию лазерного прибора все необходимые параметры будут настроены с точностью до миллиметра. Преимуществом такого прибора является возможность осуществлять балансировку колес с учетом их дефектов.

2. Периодичность балансировки

С точностью определить время для проведения следующей операции по балансировке колес практически невозможно. Ведь зависит этот факт от того, в каких условиях эксплуатируются колеса, какие манипуляции с ними проводятся. В том числе влиять на необходимость выполнения данной операции может даже частое посещение автомойки – под большим давлением старые грузики могут попросту отлетать. В таком случае балансировка нужна в обязательном порядке.

Еще одной причиной, из-за которой необходимость в балансировке может возникать намного чаще, может быть привычка водителя осуществлять очень резкие старты, а также осуществлять повороты на высокой скорости. В результате этого протектор шин начинает изнашиваться очень неравномерно, искажается и балансировка. Если же на высокой скорости преодолевать такие помехи как ямы или лежачие полицейские, может даже деформироваться диск колеса, что вызовет необходимость не только в балансировке, но и замене дисков. Наиболее типичными ситуациями, когда без балансировки практически невозможно обойтись, являются следующие:

1. Сезонная замена шин или колес.

2. Если вы очень резко влетели в яму, ударились об бордюр, проскочили на скорости лежачего полицейского.

3. После каждых 15 000 км пробега, на чем особенно настаивают производители автомобилей. Но, как правило, при замене сезонной шины выполнять данную операцию приходится даже чаще (если речь не идет о таксистах).

4. Перед тем, как отправиться в длительную поездку, за которую вам придется преодолеть более 2 000 км. По возвращении можно будет осуществить еще одну балансировку, которая точно не будет лишней.

Чем чаще вы эксплуатируете свой автомобиль и чем агрессивнее ваша езда, тем чаще придется заниматься балансировкой. Не стоит забывать, что от правильности положения колес напрямую зависит ваша жизнь и жизнь ваших пассажиров.

3. Причины балансировки и первые признаки дисбаланса колес.

Когда именно необходимо осуществлять обязательную балансировку, мы уже упомянули в предыдущем разделе. Однако отдельно нужно сделать акцент на том, какие внешние признаки могут указывать на то, что ваши колеса находятся в дисбалансе:

1. Во время движения вы явно ощущаете, как бьется руль вашего автомобиля. Подобный признак, вероятнее всего, будет свидетельствовать о дисбалансе в одном из передних колес, хотя нарушения правильности хода колес задней подвески все равно не исключаются. При этом, если биение руля ощущается очень интенсивно, скорее всего существует необходимость и в замене подшипника ступицы автомобиля. Тянуть с решением подобной проблемы не стоит, так как наличие вибраций может привести даже к разгерметизации системы охлаждения автомобиля.

2. При езде заднюю часть автомобиля заносит в разные стороны. Кроме дисбаланса такое «поведение» авто может быть вызвано проблемами с подвеской. В частности, это может быть износ или наличие трещин в стойках или балки. При этом балансировка будет нужна в любом случае – и просто при наличии виляний, и после ремонта .

Для того чтобы не допустить возникновения крайне неприятных ситуаций с автомобилем и не подвергать себя опасности, не стоит пренебрегать проведением балансировки. Значительно увеличить периодичность между проведением данных процедур можно только в том случае, если вы будете максимально осторожно и бережно передвигаться по дороге, не превышая скорость и избегая дорожных неровностей.

Подписывайтесь на наши ленты в

В деятельности бюро диагностирования ремонтных подразделений металлургических предприятий балансировка рабочих колес дымососов и вентиляторов в собственных подшипниках выполняется достаточно часто. Эффективность данной регулировочной операции, значительна в сравнении с малыми изменениями, вносимыми в механизм. Это позволяет определить балансировку как одну из малозатратных технологий при эксплуатации механического оборудования. Целесообразность любой технической операции определяется экономической эффективностью, в основе которой лежит технический эффект от проводимой операции или возможные убытки от несвоевременности проведения данного воздействия.

Изготовление рабочего колеса на машиностроительном предприятии не всегда является гарантией качества уравновешивания. Во многих случаях предприятия-изготовители ограничиваются статическим уравновешиванием. Уравновешивание на балансировочных станках, безусловно, является необходимой технологической операцией при изготовлении и после ремонта рабочего колеса. Однако, невозможно приблизить производственные условия эксплуатации (степень анизотропности опор, демпфирование, влияние технологических параметров, качество сборки и монтажа и ряд других факторов) к условиям балансировки на станках.

Практика показала, что тщательно уравновешенное рабочее колесо на станке необходимо дополнительно уравновешивать в собственных опорах. Очевидно, что неудовлетворительное вибрационное состояние вентиляционных агрегатов при вводе в эксплуатацию после монтажа или ремонта приводит к преждевременному износу оборудования. С другой стороны транспортировка рабочего колеса к балансировочному станку за многие километры от промышленного предприятия не оправдана с точки зрения временных и финансовых затрат. Дополнительная разборка, риск повреждения рабочего колеса при транспортировании, все это доказывает эффективность уравновешивания на месте эксплуатации в собственных опорах.

Появление современной виброизмерительной аппаратуры обеспечивает возможность проведения динамической балансировки на месте эксплуатации и снижения вибрационной нагруженности опор до допустимых пределов.

Одной из аксиом работоспособного состояния оборудования является работа механизмов с низким уровнем вибрации. В этом случае снижается воздействие целого ряда разрушительных факторов, воздействующих на подшипниковые узлы механизма. При этом увеличивается долговечность подшипниковых узлов и механизма в целом, обеспечивается стабильная реализация технологического процесса, в соответствии с заданными параметрами. Относительно вентиляторов и дымососов, низкий уровень вибрации во многом определяется уравновешенностью рабочих колес, своевременно проведенной балансировкой.

Последствия работы механизма с повышенной вибрацией: разрушение подшипниковых узлов, посадочных мест подшипников, фундаментов, повышенный расход электрической энергии для привода установки. В данной работе рассматриваются последствия несвоевременной балансировки рабочих колес дымососов и вентиляторов цехов металлургических предприятий.

Вибрационное обследование вентиляторов доменного цеха показало, что основной причиной повышенной вибрации является динамическая неуравновешенность рабочих колес. Принятое решение – провести уравновешивание рабочих колес в собственных опорах позволило снизить общий уровень вибрации 3…5 раз, до уровня 2,0…3,0 мм/с при работе под нагрузкой (рисунок 1). Это позволило увеличить срок службы подшипников в 5…7 раз. Определено, что для однотипных механизмов наблюдается существенный разброс динамических коэффициентов влияния (более 10 %), что определяет необходимость проведения балансировки в собственных опорах. Основными факторами, влияющими на разброс коэффициентов влияния являются: нестабильность динамических характеристик роторов; отклонение свойств системы от линейности; погрешности при установке пробных грузов.

Рисунок 1 - Максимальные уровни виброскорости (мм/с) подшипниковых опор вентиляторов до и после балансировки


а)	б)

в)	г)

Рисунок 2 – Неравномерный эрозионный износ лопаток рабочего колеса

Среди причин возникновения дисбаланса рабочих колес дымососов и вентиляторов следует выделить:

1. Неравномерный износ лопаток (рисунок 2), несмотря на симметрию рабочего колеса и значительную частоту вращения. Причина данного явления может заключаться в избирательной случайности процесса износа, обусловленного внешними факторами и внутренними свойствами материала. Необходимо учитывать фактические отклонения геометрии лопаток от проектного профиля.

Рисунок 3 – Налипание пылевидных материалов на лопатки рабочего колеса:

а) дымосос аглофабрики; б) пароотсос МНЛЗ

3. Последствия ремонта лопаток в рабочих условиях на месте установки. Иногда дисбаланс может вызываться проявлением начальных трещин в материале дисков и лопаток рабочих колес. Поэтому, предварять балансировку должен тщательный визуальный осмотр целостности элементов рабочего колеса (рисунок 4). Заварка обнаруженных трещин не может обеспечить длительную безотказную работу механизма. Сварные швы служат концентраторами напряжения и дополнительными источниками зарождения трещин. Рекомендуется использовать данный метод восстановления лишь, в крайнем случае, для обеспечения функционирования на коротком временном промежутке, позволяющем продолжить эксплуатацию до изготовления и замены рабочего колеса.

Рисунок 4 – Трещины элементов рабочих колес:

а) основного диска; б) лопаток в месте крепления

В работе механизмов роторного типа важную роль играют допустимые значения параметров вибрации. Практический опыт показал, что соблюдение рекомендаций стандарта ГОСТ ИСО 10816-1-97 «Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях» относительно машин класса 1, позволяет обеспечить длительную эксплуатацию дымососов. Для оценки технического состояния предлагается использовать следующие значения и правила:

значение виброскорости 1,8 мм/с, определяет границу функционирования оборудования без ограничения сроков и желательный уровень окончания балансировки рабочего колеса в собственных опорах;
значения виброскорости в диапазоне 1,8…4,5 мм/с допускают работу оборудования в течение длительного периода времени с периодическим контролем параметров вибрации;
значения виброскорости свыше 4,5 мм/с наблюдаемые в течение длительного периода времени (1…2 месяца) могут привести к повреждениям элементов оборудования;
значения виброскорости в диапазоне 4,5…7,1 мм/с допускают работу оборудования в течение 5…7 дней с последующей остановкой на ремонт;
значения виброскорости в диапазоне 7,1…11,2 мм/с допускают работу оборудования в течение 1…2 дней с последующей остановкой на ремонт;
значения виброскорости свыше 11,2 мм/с не допускаются и рассматриваются как аварийные.

Аварийное состояние рассматривается как потеря контроля за техническим состоянием оборудования. Для оценки технического состояния приводных электродвигателей используется ГОСТ 20815-93 «Машины электрические вращающиеся. Механическая вибрация некоторых видов машин с высотой оси вращения 56 мм и выше. Измерение, оценка и допустимые значения», определяющий значение виброскорости 2,8 мм/с как допустимое в процессе эксплуатации. Следует отметить, что запас прочности механизма позволяет выдержать и более высокие значения виброскорости, но это приводит к резкому уменьшению долговечности элементов.

К сожалению, установка компенсирующих грузов, во время балансировки, не позволяет оценить снижение долговечности подшипниковых узлов и повышение энергетических затрат при повышенной вибрации дымососов. Теоретические расчеты приводят к заниженным значениям потерь мощности на вибрацию.

Дополнительные силы, действующие на подшипниковые опоры, при неуравновешенном роторе, приводят к повышению момента сопротивления вращению вала вентилятора и к повышению потребляемой электроэнергии. Появляются разрушительные силы, действующие на подшипниковые опоры и элементы механизма.

Оценить эффективность уравновешивания роторов вентиляторов или дополнительных ремонтных воздействий по снижению вибрации, в условиях эксплуатации возможно проанализировав следующие данные.

Установочные параметры : тип механизма; мощность привода; напряжение; частота вращения; масса; основные параметры рабочего процесса.

Начальные параметры : виброскорость в контрольных точках (СКЗ в частотном диапазоне 10…1000 Гц); ток и напряжение по фазам.

Выполненные ремонтные воздействия : значения установленного пробного груза; выполненная затяжка резьбовых соединений; центрирование.

Значения параметров после выполненных воздействий : виброскорость; ток и напряжение по фазам.

В лабораторных условиях проведены исследования по снижению потребляемой мощности двигателем вентилятора Д-3 в результате уравновешивания ротора.

Результаты эксперимента №1.

Начальная вибрация : вертикальная – 9,4 мм/с; осевая – 5,0 мм/с.

Ток по фазам: 3,9 А; 3,9 А; 3,9 А. Среднее значение – 3,9 А.

Вибрация после балансировки : вертикальная – 2,2 мм/с; осевая – 1,8 мм/с.

Ток по фазам: 3,8 А; 3,6 А; 3,8 А. Среднее значение – 3,73 А.

Снижение параметров вибрации: вертикальное направление – в 4,27 раза; осевое направление в 2,78 раза.

Снижение токовых значений: (3,9 – 3,73)×100%3,73 = 4,55 %.

Результаты эксперимента №2.

Начальная вибрация.

Точка 1 – лобовой подшипник электродвигателя: вертикальная – 17,0 мм/с; горизонтальная – 15,3 мм/с; осевая – 2,1 мм/с. Радиус-вектор – 22,9 мм/с.

Точка 2 – свободный подшипник электродвигателя: вертикальная – 10,3 мм/с; горизонтальная – 10,6 мм/с; осевая – 2,2 мм/с.

Радиус-вектор виброскорости – 14,9 мм/с.

Вибрация после балансировки.

Точка 1: вертикальная – 2,8 мм/с; горизонтальная – 2,9 мм/с; осевая – 1,2 мм/с. Радиус-вектор виброскорости – 4,2 мм/с.

Точка 2: вертикальная – 1,4 мм/с; горизонтальная – 2,0 мм/с; осевая – 1,1 мм/с. Радиус-вектор виброскорости – 2,7 мм/с.

Снижение параметров вибрации.

Составляющие по точке 1: вертикальная – в 6 раз; горизонтальная – в 5,3 раза; осевая – в 1,75 раза; радиус-вектор – в 5,4 раза.

Составляющие по точке 2: вертикальная – в 7,4 раза; горизонтальная – в 5,3 раза; осевая – в 2 раза, радиус-вектор – в 6,2 раза.

Энергетические показатели.

До балансировки. Потребленная мощность за 15 минут – 0,69 кВт. Максимальная мощность – 2,96 кВт. Минимальная мощность – 2,49 кВт. Средняя мощность – 2,74 кВт.

После балансировки. Потребленная мощность за 15 минут – 0,65 кВт. Максимальная мощность – 2,82 кВт. Минимальная мощность – 2,43 кВт. Средняя мощность – 2,59 кВт.

Снижение энергетических показателей. Потребленная мощность – (0,69 - 0,65)×100%/0,65 = 6,1 %. Максимальная мощность – (2,96 - 2,82)×100%/2,82 = 4,9 %. Минимальная мощность – (2,49 - 2,43)×100%/2,43 = 2,5 %. Средняя мощность – (2,74 - 2,59)/2,59×100% = 5,8 %.

Аналогичные результаты были получены в производственных условиях при балансировке вентилятора ВДН-12 нагревательной трехзонной методической печи листопрокатного стана. Потребление электроэнергии за 30 минут составило – 33,0 кВт, после балансировки – 30,24 кВт. Снижение потребляемой электроэнергии в данном случае составило (33,0 - 30,24) ×100%/30,24 = 9,1 %.

Виброскорость до балансировки – 10,5 мм/с, после балансировки – 4,5 мм/с. Снижение значений виброскорости – в 2,3 раза.

Снижение потребляемой мощности на 5% для одного 100 кВт двигателя вентилятора приведет к годовой экономии порядка 10 тыс. гривен. Это может быть достигнуто в результате балансировки ротора и снижения вибрационных нагрузок. Одновременно происходит увеличение долговечности подшипников и снижение затрат на остановку производства для проведения ремонтных работ.

Одним из параметров оценки эффективности балансировки является частота вращения вала дымососа. Так, при балансировке дымососа ДН-26 зафиксировано увеличение частоты вращения электродвигателя АОД-630-8У1 после установки корректирующего груза и снижения виброскорости подшипниковых опор. Виброскорость подшипниковой опоры до балансировки: вертикальная – 4,4 мм/с; горизонтальная – 2,9 мм/с. Частота вращения до балансировки – 745 об/мин. Виброскорость подшипниковой опоры после балансировки: вертикальная – 2,1 мм/с; горизонтальная – 1,1 мм/с. Частота вращения после балансировки – 747 об/мин.

Техническая характеристика асинхронного двигателя АОД-630-8У1: число пар полюсов – 8; синхронная частота вращения – 750 об/мин; номинальная мощность – 630 кВт; номинальный момент – 8130 Н/м; номинальная частота вращения -740 об/мин; МПУСК/МНОМ – 1,3; напряжение – 6000 В; кпд – 0,948; cosφ = 0,79; коэффициент перегрузки – 2,3. Исходя из механической характеристики асинхронного двигателя АОД-630-8У1, увеличение частоты вращения на 2 об/мин возможно при снижении крутящего момента на 1626 Н/м, что приводит к снижению потребляемой мощности на 120 кВт. Это почти 20% от номинальной мощности.

Аналогичная зависимость между частотой вращения и виброскоростью зафиксирована по асинхронным двигателям вентиляторов сушильных агрегатов во время проведения работ по балансировке (таблица).

Таблица – Значения виброскорости и частоты вращения двигателей вентиляторов

Амплитуда виброскорости составляющей оборотной частоты, мм/с	Частота вращения, об/мин
	2910
	2906
	2902
10,1	2894
13,1	2894

Зависимость между частотой вращения и значением виброскорости приведена на рисунке 5, там же указано уравнение линии тренда и достоверность аппроксимации. Анализ полученных данных указывает на возможность ступенчатого изменения частоты вращения при различных значениях виброскорости. Так, значениям 10,1 мм/с и 13,1 мм/с соответствует одно значение частоты вращения – 2894 об/мин, а значениям 1,6 мм/с и 2,6 мм/с соответствуют частоты 2906 об/мин и 2910 об/мин. Исходя из полученной зависимости так же можно рекомендовать значения 1,8 мм/с и 4,5 мм/с как границы технических состояний.

Рисунок 5 - Зависимость между частотой вращения и значением виброскорости

В результате проведенных исследований установлено.

1. Уравновешивание рабочих колес в собственных опорах дымососов металлургических агрегатов позволяет обеспечить значительное снижение потребляемой энергии, увеличить срок службы подшипников.