Ротор в целом может иметь неравномерное относительно оси вращения распределение металла по весу и его центр тяжести не будет расположен на этой оси, т.е. по весу ротор будет неуравновешен относительно оси вращения. Такая неуравновешенность ротора или его деталей называется небалансом .
При вращении ротора небаланс вызывает появление радиально направленной возмущающей силы. Эта сила стремится вырвать вал вместе с укрепленной на нем деталью из подшипников. Возмущающая сила все время меняет свое направление, оставаясь радиальной, поэтому ее действие на подшипники переменно по направлению; такое действие неизбежно приводит к вибрации механизма.
Цель балансировки ротора заключается в том, чтобы уменьшить дисбаланс настолько, что он может работать надлежащим образом после установки на месте. Уменьшение дисбаланса снижает вибрацию, повышает эффективность и срок службы ротора и подшипников. Кроме того, во время производства и ремонта необходимо сбалансировать роторы перед полной сборкой, так как может быть ограниченный доступ к ротору.
Балансировочный станок используется для определения местоположения и количества несбалансированных масс на роторе. Ротор установлен на подшипниках машины, и машина вращает ротор. Мягкие подшипниковые машины измеряют смещение концов ротора и подшипников. Машина измеряет это смещение и фазовый угол, затем вычисляет дисбаланс.
Детали механизма при вибрации испытывают удары, толчки и перегрузку, что вызывает ускоренный общий износ, нарушение центрирования и креплений, а это в свою очередь еще более усиливает вибрацию.
Чтобы устранить возмущающую силу, ротор уравновешивают, т.е. устраняют его небаланс. Операции по устранению небаланса называют балансировкой. Балансировать можно каждую деталь ротора в отдельности или весь ротор в целом; последний способ экономичнее и точнее.
Ищете что-то конкретное?
Почему потребность в балансировочной машине Типы балансировочных машин Балансировочные методы.
Почему нужна балансировочная машина
При оценке ротора дисбаланс не может быть визуально идентифицирован. Отверстие или добавленный вес на роторе могут быть от начальной балансировки ротора, а не от причины дисбаланса. Единственный способ оценить дисбаланс - это вибрация или сила, которую она создает.При обслуживании и капитальном ремонте вращающегося оборудования существует много случаев, когда нецелесообразно пытаться балансировать на месте, потому что корректировки веса не могут быть сделаны. Это справедливо для многих насосов и полностью закрытых двигателей, а также для турбин и некоторых центрифуг. Кроме того, процесс ремонта ротора вызывает большой дисбаланс, который требует балансировки перед повторной сборкой, тем самым устраняя возможный ущерб при запуске машины. Балансировочная машина используется для балансировки деталей перед повторной установкой, обеспечивая плавную работу машины.
Чтобы сбалансировать неуравновешенность ротора, нужно на том же расстоянии от оси (там где выявлен небаланс), но в диаметрально противоположном направлении наплавить (подвесить) груз необходимой для балансировки массы; после чего ротор окажется сбалансированным и никакой возмущающей силы при его вращении возникать не будет.
Балансировочная машина может быть чрезвычайно ценным активом для любого отдела технического обслуживания, который ремонтирует насосы, двигатели и другое вращающееся оборудование. Он может сэкономить затраты из-за задержек, устраняя необходимость отправки компонентов внешним специалистам для сбалансирования. Часто экономия на одной работе сама по себе может оправдать расходы на балансировочную машину.
Балансировка вентиляторов электродвигателей
Производители вращающегося механического оборудования должны иметь уверенность в том, что их изделие будет работать плавно при установке на конечной площадке. Одной из главных проблем является балансирующее качество вращающихся компонентов. Благодаря опыту производитель может установить допустимый предел дисбаланса, который может быть принят на определенной машине. Производитель знает, что, превысив этот предел, жалобы клиентов и время простоя оборудования отразятся на качестве его продукта. Чтобы удовлетворить эту ситуацию, детали будут сбалансированы во время изготовления, в большинстве случаев, перед сборкой, а иногда и уравновешиваются как сборка.
Величину и расположение небаланса находят при выполнении различных видов балансировок.
Различают статическую и динамическую балансировки ротора:
1. Статической балансировка называется потому, что для выявления и устранения небаланса не требуется вращения ротора; уравновешивания достигают, когда ротор находится в состоянии покоя.
Классификация центробежных балансировочных машин
Балансировочные машины обычно классифицируются в соответствии с используемым принципом, как указывается дисбаланс, тип машины, способ работы и т.д. Центробежные балансировочные машины могут быть классифицированы по типу дисбаланса, который машина может указывать, отношение оси журнала заготовки и тип используемой системы несущей опоры. В каждой категории один или несколько классов машин коммерчески построены.
Машины в этом классе обычно имеют мягкий подшипник. В контрольно-измерительной аппаратуре прямо не указывается количество веса, которое необходимо добавить или удалить в каждой из плоскостей коррекции. Балансировка с помощью этого типа машин связана с использованием переносной аппаратуры. Количество и угловое расположение корректирующих весов определяются путем выполнения простых векторных вычислений или с использованием калькулятора для выполнения двухплоскостных операций балансировки.
2. Динамическая неуравновешенность наблюдается тогда, когда неуравновешенные массы ротора дают две возмущающие силы, одинаковые по величине, но противоположно направленные и расположенные на разных концах. При этом может оказаться, что общий центр тяжести ротора расположен на оси вращения, т.е. статически ротор уравновешен. Такую неуравновешенность можно выявить только при вращении ротора, так как общий центр тяжести ротора расположен на его оси, и только при вращении обе неуравновешенные массы образуют пару возмущающих сил переменного направления. Следовательно, статически отбалансированный ротор в некоторых случаях может иметь динамическую неуравновешенность. Операция по выявлению и устранению динамического небаланса называется динамической балансировкой .
Машины этого класса имеют тип мягкого подшипника с использованием измерительной аппаратуры, которая позволяет выполнять плоскость и калибровку для данного типа ротора, если имеется сбалансированный главный или прототипный ротор. Машины в этом классе имеют мягкий подшипник. Любой ротор можно использовать в плоскости сбалансированного главного ротора. В свою очередь, плоскость разделения и калибровки может быть достигнута для роторов без проб и ошибок. Этот класс включает в себя машины с мягким подшипником с вибраторами с электрическим приводом, установленными на вибрирующей части опоры ротора.
Монтаж дымососов
Дымососы (Д) предназначены для отсасывания дымовых газов из топки котла и выброса их под напором через дымовую трубу в атмосферу.
Дымососы бывают центробежного (1) и осевого (2) типа.
1. Для котлов паропроизводительностью 420-640 т/ч применяются дымососы центробежного типа двухстороннего всасывания типа: Д-25х2Ш и Д 21,5x2.
Микропроцессорные технологии позволяют откалибровать этот тип без вращения ротора и представляют собой новейшую технологию балансировки. Машины этого класса имеют твердотельный тип. Они откалиброваны при изготовлении для всех роторов, входящих в диапазон веса и скорости заданного размера машины. Эти машины указывают на дисбаланс в первом прогоне без индивидуальной калибровки ротора. Это достигается за счет включения аналогового компьютера в оборудование, связанное с машиной. Для такого типа балансировки требуется очень существенная основа для устранения вибрационных помех от другого оборудования.
Эти дымососы состоят из следующих основных узлов:
Подшипников
Направляющих аппаратов и их привода
Монтаж дымососа начинают с приемки фундамента и установки на него электродвигателя.
Значительные размеры Д двухстороннего всасывания предопределяют их поставку на монтаж в разобранном виде. Поэтому первоначальной операцией по монтажу является сборка на сборочной площадке опорных конструкций Д (рам) и корпусов улиток с всасывающими карманами.
Статическая, не вращающаяся балансировка
Первая принципиальная группа основана на том факте, что тело, свободное для вращения, будет искать положение, где его центр тяжести является самым низким. Таким образом, более тяжелая сторона ротора будет искать самое низкое положение, автоматически указывая угловое положение веса дисбаланса. Величина дисбаланса определяется экспериментально, добавляя вес в виде воска или шпатлевки на световую сторону диска до тех пор, пока он не находится в равновесии, или когда диск больше не вращается. Роликовая подставка, маятник и горизонтальные пути могут использоваться для определения статического дисбаланса с помощью силы тяжести.
Монтаж Д начинается с установки опорной рамы, которая крепится к фундаменту при помощи болтов. Рама устанавливается на металлических подкладках, общая толщина которых может быть до 25-30 мм, при количестве подкладок в одном пакете не более трех.
Подкладки располагаются по обе стороны каждого фундаментного болта и регулируют высотные отметки, отклонение которых от проектных допускается не более + - 6 мм.
Тяжелая сторона будет стремиться к более низкому уровню, чем свет, тем самым указывая на угловое положение дисбаланса. Диск сбалансирован добавлением веса к точке, диаметрально противоположной пятну, до тех пор, пока диск не станет ровным, как показано круговым «пузырьком» или уровнем в центре балансировочной машины. Используются вариации этих методов. Статическая балансировка удовлетворительна для.
Двухкорпусные балансировочные машины или динамические балансировочные машины используются для коррекции статического и динамического дисбаланса. Двумя основными типами динамических балансировочных машин, получивших наибольшее признание, являются «мягкая» или гибкая несущая машина и «твердая» или жесткая подшипниковая машина. Хотя между используемыми подшипниками действительно нет разницы, машины имеют разные типы суспензий.
На опорную раму устанавливаются подшипники Д, центровка которых производится по струне и отвесам.
После установки корпусов подшипников на фундамент устанавливается корпус Д, затем укладывается его ротор.
Вслед за установкой корпуса Д на его всасывающей стороне монтируют регулирующие шиберы. Предварительно шиберы проходят ревизию, в процессе которой проверяется плавность их открытия и закрытия.
Мягкие подшипниковые машины
Механизм мягкого подшипника получил свое название от того, что он поддерживает балансировку ротора на подшипниках, которые могут свободно перемещаться, по крайней мере, в одном направлении, обычно горизонтально или перпендикулярно оси ротора. Теория, лежащая в основе этого стиля балансировки, заключается в том, что ротор ведет себя так, как будто подвешен в воздухе, когда измеряются движения ротора. Механическая конструкция мягкой несущей машины несколько сложнее, но задействованная электроника относительно проста по сравнению с твердосплавными машинами.
Собранный Д опробуется на холостом ходу; при этом допускаются радиальное и осевое биения рабочего колеса соответственно не более 3 и 6 мм.
2. В котельных установках паропроизводительностью 950 т/ч и более применяются осевые Д типа ДО - 31,5. Основными преимуществами этих Д (по сравнению с центробежными Д) является их компактность. Двухступенчатый осевой Д состоит из:
Конструкция мягкой балансировочной машины позволяет разместить ее практически в любом месте, так как гибкие рабочие опоры обеспечивают естественную изоляцию от близлежащей деятельности. Это также позволяет перемещать машину, не влияя на калибровку устройства, в отличие от твердосплавных машин.
Резонанс ротора и системы подшипников происходит на половину или меньше самой низкой скорости балансировки. Балансировка выполняется на частоте выше резонансной частоты подвески. Помимо того, что мягкая балансировочная машина является переносной, она обеспечивает дополнительные преимущества более высокой чувствительности, чем твердосплавные машины при более низких скоростях балансировки; твердосплавные машины измеряют силу, которая обычно требует более высокой скорости балансировки. Дополнительным преимуществом является то, что наши машины с мягким подшипником измеряют и отображают фактическое перемещение или смещение ротора, когда оно вращается, что обеспечивает встроенное средство проверки того, что машина отвечает правильно, а ротор сбалансирован правильно.
Всасывающего кармана
Корпуса
Направляющих аппаратов
Рабочих колес
Диффузора
Ходовой части
Маслонасосной станции с системой маслопроводов
Вентиляции для охлаждения
Всасывающий карман изготавливается их двух половин (верхней и нижней), соединяемых на фланцах. Общая масса всасывающего кармана составляет около 7,5 т. устанавливается на двух фундаментных опорах.
Основным преимуществом мягких подшипников является то, что они, как правило, более универсальны. Они могут обрабатывать широкий диапазон весов ротора на одном уровне машины. Для изоляции не требуется специальный фундамент, и машина может быть перемещена без необходимости повторной калибровки специалиста.
Балансировочные станки с мягкими подшипниками, такие как твердосплавные станки, могут балансировать самые горизонтально ориентированные роторы. Однако для балансировки несущего ротора требуется использование части крепления с отрицательной нагрузкой. Обратите внимание, что ориентация системы подшипников позволяет маятнику качаться вперед и назад с ротором. Смещение регистрируется датчиком вибрации, а затем используется для расчета присутствия дисбаланса.
Корпус Д выполнен из трех частей, предназначенных для размещения:
i. направляющего аппарата и рабочего колеса I ступени;
ii. направляющего аппарата и рабочего колеса II ступени;
iii. спрямляющего аппарата.
Все части соединяются друг с другом на фланцах болтами.
Ходовая часть состоит из вала, двух подшипников и муфты, соединяющей вал Д с электродвигателем.
Твердосплавные балансировочные машины
Твердосплавные балансировочные машины имеют жесткие рабочие опоры и полагаются на сложную электронику для интерпретации вибраций. Для этого требуется массивная, жесткая основа, где они должны быть постоянно установлены и откалиброваны на месте производителем. Теория, лежащая в основе этой балансировочной системы, заключается в том, что ротор полностью ограничен, а силы, которые ротор ставит на опоры, измеряются. Фоновая вибрация от смежных машин или активность на рабочем столе может повлиять на результаты балансировки.
Подшипники Д - роликового типа, сферические, самоустанавливающиеся, работающие на жидкой смазке, которая подается маслостанцией через систему масляной смазки)(На два Д устанавливается одна маслостанция. Тепловая защита опорного подшипника, установленного в корпусе диффузора, осуществляется при помощи специального вентилятора и теплозвукоизоляционного покрытия.
Как правило, твердосплавные машины используются при производстве производственных операций, где требуется быстрое время цикла. Основным преимуществом твердосплавных машин является то, что они, как правило, обеспечивают быстрое считывание дисбаланса, что полезно при высокоскоростной балансировке производства.
Ограничивающим фактором для твердосплавных машин является требуемая скорость балансировки ротора во время испытаний. Поскольку машина измеряет усилие дисбаланса вращающегося ротора, ротор должен вращаться с высокой скоростью, чтобы генерировать достаточное усилие, которое должно быть обнаружено жесткими подвесками.
Монтаж Д начинают с установки опорных конструкций и приемки фундамента. Бетонная поверхность предварительно зачищается от неровностей и насекается в местах расположения фундаментных болтов и подкладок под опорные конструкции Д. Подкладки изготовляются из листовой стали шириной 100-200 мм и длиной, соответствующей ширине нижней плоскости опорной конструкции. Число подкладок не должно превышать трех в одном месте.
Технологическая последовательность монтажа ____ осевого дымососа ДО - 31,5
| Очередность | Узел | Основные работы |
| I | Нижняя часть корпуса | Установка на опорные конструкции. Установка шпонок продольного упора. Выверка тепловых зазоров в узлах крепления опор. |
| Опорно-упорный подшипник | Установка и закрепление на фундаментных опорных конструкциях опорно-упорного подшипника и ротора с соблюдением осевых зазоров. | |
| Электродвигатель | Установка на валы полумуфты. Установка рамы и электродвигателя. | |
| Узлы 1,2,3 | Выверка главных осей и высотных отметок нижней части корпуса, ходовой части и электродвигателя. | |
| Ходовая часть | Прицентровка нижней части корпуса к ротору с соблюдением радиальных зазоров. | |
| Опоры корпуса дымососа | Заливка бетоном фундаментных болтов подставок корпуса. | |
| Помосты и лестницы | Установка на фундамент привода направляющих аппаратов. Установка помостов и лестниц вокруг электродвигателя и корпуса дымососа. | |
| Нижняя часть всасывающего кармана | Снятие ротора дымососа. Установка под- | |
| ставок на фундамент. Смазка опорных поверхностей подставок смесью солидола с графитом. Установка нижней части всасывающего кармана. | ||
| Нижняя часть обтекателя (кока) | Установка нижней части обтекателя и нижней крышки защитного кожуха опорного подшипника. Установка ротора. | |
| Верхняя часть корпуса | Установка верхней части корпуса дымососа на асбестовых прокладках в горизонтальном разъеме. Установка верхней части обтекателя. | |
| Нижняя часть всасывающего кармана | Окончательная установка и крепление к корпусу нижней части всасывающего кармана. | |
| Защитные устройства | Монтаж защитного кожуха опорного подшипника и сальникового уплотнения. | |
| Направляющие аппараты | Монтаж поворотных колец, рычагов, тяг и привода направляющих аппаратов. | |
| Диффузор | Установка трубы диффузора на временной опоре. Последовательный монтаж трех секций диффузора. Установка распорных ребер между трубой и конусом диффузора. | |
| Вентилятор охлаждения | Монтаж вентилятора охлаждения и воздухопровода. | |
| Верхняя часть всасывающего кармана | Монтаж верхней части всасывающего кармана, установка ограждения вала | |
| Валы дымососа и электродвигателя | Прицентровка и соединение валов дымососа и электродвигателя. |
Схемы балансировки: статической, динамической.
Точность статической балансировки
Неуравновешенность деталей и узлов при вращении с большой скоростью вызывает появление в машине вибраций. Вибрации сокращают срок работы машины, разрушают подшипники, фундаменты машин. Неуравновешенность вращающихся масс может явиться причиной аварии машины. Уменьшение неуравновешенности до пределов, допустимых техническими условиями, предусматривается специальной операцией — балансировкой деталей перед сборкой их в машину.
Различают два вида балансировки: статическую и динамическую. Первая устраняет неуравновешенность детали, вызванную смещением центра тяжести относительно оси вращения, и достигается за счет добавления требуемого количества массы (по весу) на том же радиусе, но с противоположной стороны детали или уменьшения массы (по весу) со стороны расположения центра тяжести.
На фиг. 236, а приведено уравновешивание за счет добавления массы Р (заштрихованный кружок) с противоположной стороны по отношению расположения центра тяжести детали. Статическая балансировка позволяет привести деталь в состояние безразличного равновесия, при котором она, будучи повернутой на любой угол, сохраняет занятое ею положение.
Безразличное равновесие еще не характеризует точности статической балансировки. На стенде в процессе балансировки возникают силы трения, препятствующие перекатыванию детали. Если момент этих сил превышает момент неуравновешенной массы, то перекатывания не произойдет. Отсюда можно сделать вывод, что уравновешенная деталь имеет остаточную неуравновешенность, которая тем больше, чем выше момент трения.
Момент трения Мт определяется из произведения силы трения Тк на радиус цапфы балансируемого вала или оправки, па которую посажена балансируемая деталь Мт = Тк*r.
Фиг. 236. Схемы балансировки: а — статической; б — динамической.
Как известно, сила трения равна коэффициенту трения а, имеющему размерность в мм, умноженному на величину нормального давления р, возникающего между цапфой балансируемой детали и поверхностью призмы стенда. Произведение делится на радиус цапфы.
Следовательно, момент трения качения равен коэффициенту трения, умноженному на нормальное давление р
Для уравновешивающих устройств (стендов) величина коэффициента трения качения находится в пределах 0,01 до 0,05 мм. Причем, меньшее значение соответствует призмам стенда, более тщательно изготовленным, имеющим термическую обработку и точную установку. Точность уравновешивания также повышается при уменьшении площади контакта цапфы балансируемой детали и призмы. Следовательно, чем меньше диаметр цапфы, чем меньше ширина призм, тем выше точность балансирования.
В тяжелом
машиностроении приняты следующие зависимости, определяющие
необходимость статической балансировки для вращающихся деталей 
где (Q — вес детали без веса сопрягаемого вала, т;
n max — максимальное число оборотов детали при ее эксплуатации, об/мин.
По данным профессора А. И. Каширина, статическая балансировка производится у деталей, имеющих отношение длины к диаметру меньше 3 и скорость вращения меньше 15 м/сек, а также независимо от отношения при скоростях менее 6 м/сек.
Статическое уравновешивание производится на призмах, дисках или роликах, на валиках, установленных на стойки. Специальная балансировка производится на шаровых шпилях (например, балансировка рабочих колес водяных турбин), на нитях (например, балансировка большого конуса засыпного аппарата доменной печи).
Фиг. 237. Статическая балансировка : а — шестерни на корпусе редуктора; б — большого конуса доменной печи.
Стенд для статической балансировки, как известно, представляет собой две призмы, точно установленные и выверенные как в продольном, так и в поперечном направлении. При жестких допусках выверку производят с точностью 0,02 на 1000 мм длины. Во время балансировки стойки стенда и сами призмы не должны прогибаться под тяжестью детали.
Практически применяется следующая ширина призм. Для деталей весом до 1 т ширина призм берется 3—6 мм, от 1 до 6 т — 6—30 мм, более 6 т — 50—70 мм.
При балансировке крупных шестерен редукторов не обязательно иметь специальный стенд, который занимает большую площадь. Операция может быть произведена непосредственно на корпусе редуктора (фиг. 237, а), установленного и выверенного для сборки, и осуществляется на призмах, установленных на плоскость разъема корпуса.
В тяжелом машиностроении балансировка деталей чаще всего производится на валах, запрессованных в балансируемые детали — шкивы, маховики, шестерни и т. д. Если в собранном виде детали невозможно отбалансировать, их балансируют отдельно. В этом случае вместо валов применяют различные оправки, на которые насаживаются и закрепляются балансируемые детали.
Во избежание повреждения валов для балансировки деталей (особенно тяжелых), вследствие возможных задиров шеек при неправильной их установке на призмы (с перекосом), применяются вместо обычных призм самоустанавливающие призмы или ролики.
Точность статической балансировки в зависимости от типа балансировочного стенда и веса детали приведена в табл. 72.
Таблица 72 Точность статической балансировки в зависимости от типа стенда и веса детали
Примечание. Точность балансировки определяется величиной смещения центра тяжести детали в мм.
На фиг. 237, б приведена специальная балансировка большого конуса засыпного аппарата доменной печи. Балансировка осуществляется с помощью «нити» троса 2. Конус 4 подвешивается тросом 2 при помощи чеки 3, продетой через отверстие в конусе, на крюк крана 1. Процесс уравновешивания конуса считается законченным, если четыре диаметральных замера а от плиты 5 до торца конуса будут лежать в пределах а + 5 мм. При нарушении данного условия у конуса газовым резаком срезают часть металла с пояска, специально предусмотренного для балансировки. Затем производится повторное уравновешивание.
Однако статическая балансировка не устраняет действия центробежных сил, стремящихся вращать ось изделия в поперечном направлении под влиянием пары сил Р1. На фиг. 236, б видно, что деталь уравновешена статическим грузом Р (заштрихованный кружок), но при вращении ее вокруг оси при большом числе оборотов массы Р, расположенные на плече l, будут стремиться вырвать деталь из подшипников (в сторону против часовой стрелки), создавая вибрации и дополнительные нагрузки на подшипники. В этом случае необходимо применять динамическую балансировку.
Динамическая балансировка производится при помощи специальных станков с механической или электрической схемами различных конструкций. Для динамической балансировки крупных деталей применяются станки отечественного производства моделей 9А734, 9736, 9736А, позволяющих балансировать детали весом (соответственно модели): 3200, 10000, 16000 кг, при диаметре 2500, 3200 мм.
