Балансировочный прибор для роторов

Требования к приборам, предназначенным для балансировки роторов в собственных подшипниках

Всю деятельность вибродиагностических служб можно, весьма укрупненно, разделить на два направления. В первую очередь, это проведение оперативных и плановых диагностических работ, имеющих своей целью определение технического состояния оборудования. Во-вторых, это практические работы, которые большинство специалистов называют не совсем правильным, но всем понятным словом «виброналадка». В процессе «виброналадки» возможности вибродиагностических приборов используются для наладки оборудования, улучшения его технического состояния. Наиболее эффективно применение вибрационных приборов для устранения разбалансировки вращающихся роторов в собственных опорах (подшипниках).

В процессе изготовления, монтажа и эксплуатации вращающегося оборудования балансировка роторов производится двумя методами. Во-первых, это балансировка роторов на балансировочных стендах после их изготовления или ремонта. Во-вторых, это балансировка роторов в собственных опорах после их монтажа и в процессе эксплуатации. Обе эти процедуры являются взаимно дополняющими друг друга.

Сама процедура балансировки роторов в собственных опорах, проводимая с помощью современных приборов, достаточна проста. Обучение основам балансировки после ознакомления персонала с прибором и работой с ним, по нашему опыту, занимает короткий интервал времени — от нескольких часов до пары дней. Естественно, что знание глубоких особенностей процедуры балансировки различного оборудования появляется только в процессе длительной и творческой работы.

В данном обзоре попробуем сформулировать требования к приборам для балансировки роторов в собственных подшипниках, которыми обычно являются переносные анализаторы вибросигналов. Также попытаемся, хотя бы частично, сравнить их между собой по основным параметрам.

Определимся с требованиями к датчикам вибрации, с использованием которых производится процедура балансировки роторов в собственных опорах. Здесь мы имеем идеальный случай, когда по частотному диапазону пригодны практически все датчики вибрации. Это вполне понятно, т. к. требования к качеству балансировки возрастают при увеличении номинальной частоты вращения роторов. Чем выше эта частота, тем сильнее сказывается даже незначительный небаланс. С противоположной стороны, нет смысла заниматься балансировкой тихоходного оборудования, так как в нем даже большой небаланс не приводит к существенному увеличению вибрации. Реально говоря, для балансировки интерес представляет очень узкий диапазон частот от 5 — 10 герц до 50 — 200 герц.

Вторым типом датчика, обязательно используемым в процедуре балансировки роторов в собственных опорах, является отметчик фазы. При помощи этого датчика производится «наложение» вибрационного сигнала на реальную геометрию балансируемого ротора, производится определение местоположения «тяжелой точки» на роторе. В практике реально используются три типа отметчиков фазы. Это лазерный отметчик, оптический и электромагнитный. В устаревших приборах используются стробоскопы, но их число в практике постоянно снижается. Видимо, такая же судьба ожидает оптические отметчики, которые постепенно заменяются лазерными. За последние годы так поступило большинство отечественных компаний-производителей приборов, перешедших на производство лазерных отметчиков. Электромагнитные отметчики чаще всего применяются для балансировки крупных и сложных агрегатов, например, турбогенераторов, где места их установки и способ крепления готовятся заранее. Лазерный отметчик является более универсальным, удобным при «разовых» балансировках оборудования. Идеальным является одновременное комплектование балансировочного прибора лазерным и электромагнитным отметчиками.

Следует немного коснуться вопроса о количестве каналов контроля вибрации в балансировочном приборе. Наиболее часто в практике встречаются два случая балансировки в собственных опорах — одно- и двухплоскостная балансировка. В первом случае необходимо измерять вибрацию на одном подшипнике, а во втором — на двух подшипниках одного ротора. Поэтому предпочтительнее использовать анализатор вибросигналов с двумя измерительными каналами, регистрация по которым, в идеальном случае, происходит синхронно. Применение обычного одноканального анализатора вибросигналов несколько увеличивает трудоемкость регистрации, т. к. необходимо переставлять вибродатчик с одного подшипника на другой. Для балансировки сложных агрегатов, например турбогенераторов, удобно использование приборов с 8 и даже 16 каналами регистрации. При этом удается эффективно реализовать процедуру многоплоскостной балансировки. Использование многоканальных приборов (или приставок к одноканальным приборам) существенно повышает оперативность проведения работ и снижает вероятность возникновения ошибок. При рассмотрении этого вопроса следует четко понимать, что использование многоканального прибора практически не повышает точность проведения балансировки, а только снижает трудоемкость проведения измерений перед проведением заключительных расчетов.

Одним из вопросов, который указывают производители приборов в документации является максимальное количество плоскостей балансировки, которое может участвовать в процессе балансировки одновременно. Существуют приборы, в которых количество плоскостей балансировки достигает двух и более десятков. Это представляется разработчиками как большое преимущество данного прибора. Реально дело обстоит несколько иначе. Практически никто из вибродиагностов не сталкивается с необходимостью проведения одновременной балансировки по очень многим плоскостям. Исключение составляют турбоагрегаты электростанций, где наиболее опытные специалисты делают попытку проводить комплексную балансировку всего комплекса цилиндров турбины и генератора с учетом большого количества точек контроля и плоскостей коррекции. При этом следует помнить, что обычно, в конечном итоге, все сводится к балансировке только ротора генератора. Следовательно, можно считать, что для 99,9 % всех случаев балансировки роторов в собственных подшипниках достаточно двухплоскостной балансировки. Именно по такому принципу создаются все балансировочные приборы большинства компаний-изготовителей. Имеющиеся на рынке приборы для 8 плоскостей коррекции («Атлант-8») и даже 16 плоскостей («Кварц» с приставкой) в полной мере используются крайне редко.

Дополнительные преимущества при проведении сложных балансировок дает применение компьютерной обработки первичной информации. Для этого в базе данных (средствах обработки информации базы данных) должны быть заложены дополнительные функции функционального анализа и моделирования параметров балансировочных грузов. Неплохо эти вопросы реализованы в программном обеспечении компаний «ВАСТ», «Оргтехдиагностика». На наш взгляд, в нашем программном обеспечении «Атлант», также решены вопросы оптимизации процесса балансировки. Имеются все возможности для аналитического и графического влияния параметров грузов на вибрационное состояние агрегатов.

Как видно из приведенного выше анализа, все балансировочные приборы примерно одинаковы по своим параметрам и возможностям. Поэтому преимущества того или иного прибора выявляются на основании сравнения двух параметров.

С одной стороны это глубина проработки встроенного в прибор математического аппарата. Для пользователя это проявляется в том, насколько серьезно проблемами балансировки роторов занимается та или иная компания-производитель приборов. Несомненным лидером в этой области является компания «Диамех», специализирующаяся на производстве оборудования для балансировки. Особенно это было заметно несколько лет назад, когда на рынке не было соответствующих современных приборов и компания «Диамех» была их единственным поставщиком. В настоящее время приборы многих других компаний, например «Оргтехдиагностика», «ИНКОТЕС», приборы производства нашей компании, ни в чем не уступают продукции компании «Диамех». Можно сказать, что приборы всех этих компаний обладают примерно одинаковыми свойствами.

Вторым параметром сравнения приборов между собой при примерно равных потребительских свойствах является сравнение их по экономическим показателям. Для этого мы приводим небольшую таблицу, где объединена информация по восьми приборам вибрационного контроля, в которые встроена функция балансировки роторов в собственных опорах.

NПрибор/
производитель
КаналовТип отметчикаЛиний в спектреЦена
1«Корсар++»/
«Вибро-Центр»
1Лазер8000,20*
2«Диана-2″/
«Вибро-Центр»
1Лазер32000,45*
3«Агат»/
«Диамех»
2Лазер +
ЭМ
8000,50
4«СД-11″/
«ВАСТ»
2Оптика16000,55
5«СК2300″/
«Оргтехдиагностика»
2Оптика32000,6
6«Кварц»/
«Диамех»
1Лазер +
ЭМ
16001,00
7«Кварц» с приставкой/
«Диамех»
8Лазер +
ЭМ
16001,85

*) — включая программное обеспечение и базу данных для компьютера

Цена всех приборов приведена в относительных единицах. За базу, единицу стоимости, взята цена широко распространенный прибор «Кварц». Мы надеемся, что нас поймут правильно, тем более специалисты компании «Диамех» сами даже в рекламе называют этот прибор, в некотором роде, эталонным.

Если заняться анализом этой таблицы, то ее можно разделить на три части. Нижнюю ценовую нишу (но в таблице это верхняя строка) занимает один прибор «Корсар++», стоимость которого составляет всего 20 % от базовой. Это самый простой, компактный и дешевый прибор, покупать который следует тем, кто занимается балансировкой периодически. Позиции со второй по шестую примерно равны по свойствам, но различаются по цене более чем в два раза. Это наиболее пригодные для проведения балансировки приборы, выбор же конкретной марки должен проводится пользователем на основании сравнения многих параметров. Наиболее дорогими являются две нижние строки с многоканальными приборами, покупке таких приборов должен предшествовать тщательный анализ целесообразности повышенных затрат.

Балансировка роторов в эксплуатационных условиях

1. Общие сведения о балансировке.

Единицы измерения дисбалансов и основные понятия технологии балансировки определяются в ГОСТ 19534-74 «Балансировка вращающихся тел. Термины».

Дисбалансом называют векторную величину, равную произведению неуравновешенной массы на ее расстояние до оси ротора е (эксцентриситет).

Ротором называют любую деталь или сборочную единицу, которая при вращении удерживается своими несущими поверхностями в опорах. Под несущими поверхностями подразумеваются поверхности цапф или поверхности их заменяющие. Несущие поверхности ротора передают нагрузки на опоры через подшипники качения или скольжения. В некоторых случаях применяются газовые или жидкостные подшипники, магнитные или электрические подвесы и т.д.

Роторы бывают следующих видов

  • Межопорный ротор — двухопорный ротор, существенная часть массы которого расположена между опорами.
  • Консольный ротор — ротор, существенная часть массы которого расположена за одной из крайних опор.
  • Двухконсольный ротор — ротор, существенная часть массы которого расположена за крайними опорами.

Для того, чтобы ротор был уравновешен, необходимо и достаточно, чтобы ось вращения ротора проходила через его центр масс (ecт = 0). и чтобы ось вращения ротора совпадала с одной из его главных осей инерции, т. е. чтобы были равны нулю его центробежные моменты инерции. При вращении ротора вокруг оси, не совпадающей с главной центральной осью инерции, он становится неуравновешенным. Неуравновешенность — это состояние ротора, характеризующееся таким распределением масс, которое во время вращения вызывает переменные нагрузки на опорах ротора и его изгиб. Мерой неуравновешенности считают дисбаланс D. Для сопоставления роторов различных масс вводят удельный дисбаланс, численно равный эксцентриситету: ecт = D / mp

Балансировка состоит из определения значений и углов дисбалансов ротора и уменьшения их корректировкой массы ротора. Действие дисбалансов на ротор можно снижать или устранять путем добавления, уменьшения или перемещения одной корректирующей массы (или более), создающей дисбаланс такого же значения, что и у неуравновешенного ротора, но с углом дисбаланса 180° относительно дисбаланса ротора.

Для уменьшения дисбалансов ротора используются так называемые корректирующие массы, которые могут удаляться из тела ротора, добавляться к нему, а также перемещаться по ротору. Корректирующую массу удаляют по показаниям балансировочного оборудования различными технологическими методами.

Различают дисбалансы начальный — до корректировки масс, остаточный — после корректировки масс, допустимый — приемлемый по условиям эксплуатации машин, удельный — отношение модуля главного вектора к массе ротора.
Различают балансировку статическую (силовую), моментную и динамическую (моментно-силовую).

Количество плоскостей балансировки определяется с учетом конструктивных особенностей ротора балансируемой машины.
Балансировка в одной плоскости («статическая») обычно выполняется для узких дискообразных роторов, не имеющих существенных осевых биений. Типичными примерами роторов этого класса являются:

  • узкие шлифовальные круги;
  • шкивы ременных передач;
  • дисковые маховики;
  • зубчатые колеса;
  • муфты;
  • зажимные патроны токарных станков;
  • узкие вентиляторы и т.п.

Балансировка в двух плоскостях («динамическая») выполняется для длинных (валообразных)двухопорных роторов.

Типичными примерами роторов этого класса являются:

  • роторы электродвигателей и генераторов;
  • роторы компрессоров и насосов;
  • рабочие колеса турбин и вентиляторов;
  • широкие шлифовальные круги;
  • шпиндели;
  • валы мукомольных машин с бичами и т.п.

Как правило, балансировка машины выполняется непосредственно на месте ее установки.

Балансировку обычно проводят на рабочей скорости вращения ротора. При этом в случае, когда применяется привод с возможностью изменения скорости, целесообразно выбирать наивысшую рабочую скорость вращения.

Исключением являются случаи, когда скорость ротора попадает в один из диапазонов резонанса машины. Признаком этого является отличие (более чем на 10-20%) результатов измерений по амплитуде и/или фазе от пуска к пуску. В случае выявления резонанса необходимо изменить скорость вращения ротора, а если такая возможность отсутствует — изменить условия установки машины на фундаменте (например, временно установив ее на упругие опоры).

ВНИМАНИЕ! При выборе скорости вращения ротора при балансировке необходимо избегать попадания в диапазоны резонансов машины.

В качестве точек измерения вибрации выбирают преимущественно подшипниковые опоры или плоскости опор.

Балансировочный прибор для роторов

При балансировке в одной плоскости достаточна одна точка измерения.

При балансировке в двух плоскостях необходимо иметь две точки измерения.

Балансировочный прибор для роторов

Плоскости коррекции, в которых осуществляется съем (установка) корректирующих масс на роторе, должны выбираться как можно ближе к точкам измерения. В случае балансировки в двух плоскостях коррекции расстояние между плоскостями должно выбираться как можно более большим.
Массу пробного груза выбирают такой, чтобы его установка на роторе приводила к заметным изменениям уровня вибрации. В противном случае масса пробного груза должна быть увеличена.

Датчик вибрации может устанавливаться в точке измерения при помощи:

  • резьбовой шпильки (жесткое крепление);
  • магнитной присоски;
  • переходного штыря (прижим рукой);
  • непосредственного контакта датчика с опорой (прижим рукой).

Датчик фазового угла может устанавливаться на корпусе машины при помощи специального приспособления (например, магнитной стойки или струбцины)и должен быть ориентирован по нормали к цилиндрической или торцевой поверхности ротора. На поверхности ротора при помощи мела, клейкой ленты и т.п., наносится метка для отсчета фазового угла.

Для изготовления отражающей метки в комплект поставки прибора включены клейкая зеркальная отражающая лента или клейкая катафотная отражающая лента. Катафотную ленту рекомендуется использовать для более жестких условий работы датчика (повышенный зазор, засветка внешними источниками светового излучения).

Зазор между чувствительным элементом датчика и вращающейся поверхностью ротора для лазерного датчика фазового угла должен устанавливаться в пределах 80 — 300 мм.

За один оборот ротора фазовый датчик должен сработать только один раз!

С учетом опыта практического применения рекомендуемая ширина метки не должна быть не меньше 1 — 1.5 см.м.

Для миниатюрных роторов с радиусом установки метки менее 10 мм рекомендуется использование более узкой метки. При этом желательно проведение экспериментальной проверки правильности выбора ширины метки.

ВНИМАНИЕ! При использовании датчика фазового угла во избежание помех желательно избегать попадания прямых солнечных лучей или яркого искусственного освещения на отражающую метку и/или чувствительный элемент (фотодиод) датчика.

Последовательность действий при проведении балансировки

Балансировка производится для технически исправных механизмов, качественно закрепленных на своих штатных местах. В противном случае перед проведением балансировки механизм должен быть отремонтирован, установлен в исправные подшипники и закреплен. Ротор механизма должен быть очищен от загрязнений, мешающих проведению балансировки.

Перед проведением измерений, выбирают места установки и устанавливают датчики вибрации и фазы согласно приведенным выше рекомендациям.

Перед проведением балансировки рекомендуется провести измерения в режиме виброметра (кнопка F5 )

Балансировочный прибор для роторов

Если величина суммарной вибрации V1s(V2s) примерно совпадает с величиной оборотной составляющей V1o(V2o), то можно предположить, что основной вклад в вибрацию механизма вносит дисбаланс ротора. Если величина суммарной вибрации V1s(V2s) значительно превышает оборотную составляющую V1o(V2o), рекомендуется провести обследование механизма — проверить состояние подшипников, надежность крепления на фундаменте, отсутствие задевания ротора за неподвижные части при вращении, влияние вибрации других механизмов и т.д.

Здесь может оказаться полезным изучение графиков временной функции и спектра вибрации, полученных при измерении в режиме «Графики-Спектральный анализ».

Балансировочный прибор для роторов

На графике можно видеть на каких частотах уровни вибрации максимальны. Если эти частоты отличаются от частоты вращения ротора балансируемого механизма, то следует попытаться определить источники этих составляющих вибрации и принять меры к их устранению перед проведением балансировки..

Также следует обратить внимание на стабильность показаний в режиме виброметра — величина амплитуды и фазы вибрации не должны меняться более чем на 10-15% в процессе измерения. В противном случае, может оказаться, что механизм работает близко к области резонанса. В этом случае необходимо изменить скорость вращения ротора, а если такая возможность отсутствует — изменить условия установки машины на фундаменте (например, временно установив ее на упругие опоры).

Для балансировки ротора в двух плоскостях необходимо провести три пуска механизма. Сначала определяется исходная вибрация механизма (первый пуск без грузов), затем устанавливается пробный груз в первую плоскость и производится второй пуск. Затем пробный груз с первой плоскости снимается , устанавливается во вторую плоскость и делается третий пуск.
Пробные пуски делаются для определения влияния пробных грузов на изменение вибрации, расчета масс и места (угол) установки корректирующих грузов.

После этого программа рассчитывает и указывает на экране массы и места (угол) установки корректирующих грузов. При балансировке в одной плоскости (статической) третий пуск не производится. Пробный груз устанавливается в произвольном месте на роторе, где это удобно и затем фактический радиус установки вносится в программу.

(Радиус установки используется только для расчета величины дисбаланса в грамм* мм и для самой балансировки не требуется.)

Важно!
Измерения должны проводиться на установившейся скорости вращения механизма!

Важно!
Корректирующие грузы должны устанавливаться на тот же радиус, что и пробные!

Масса пробного груза подбирается из тех соображений, чтобы после его установки заметно ( > 20-30 градусов ) изменялась фаза и ( на 20-30 %) амплитуда вибрации. Если изменения будут слишком маленькие, то сильно возрастает погрешность при последующих расчетах. Удобно устанавливать пробные грузы в то же место (на тот же угол), что и метка.

Важно!
После каждого пробного пуска пробные грузы снимаются! Корректирующий груз устанавливается на рассчитанный угол от места установки пробного груза по направлению вращения ротора!

Рекомендуется!
Перед проведением балансировки с использованием прибора, рекомендуется убедиться в отсутствии значительной величины статического дисбаланса. Для этого, для роторов с горизонтальным расположением оси, можно вручную повернуть ротор на угол 90 градусов от текущего положения. Если ротор статически разбалансирован, то он будет поворачиваться в положение равновесия. После того как ротор займет положение равновесия, необходимо установить уравновешивающий груз в верхней точке примерно в средней части ротора по длине. Массу груза следует подобрать таким образом, чтобы ротор оставался неподвижным в любом положении. Подобная предварительная балансировка позволит уменьшить величину вибрации при первых пусках сильно несбалансированного ротора.

Источник