Балансировка ротора после ремонта

Балансировка ротора после ремонта

Главное меню

Судовые двигатели

В процессе эксплуатации турбины возможно смещение положения центра тяже­сти ротора вследствие прогиба вала, неравномерного из­носа лопаток и других причин. Смещение центра тяже­сти ротора вызывает появление неуравновешенной цен­тробежной силы, стремящейся изогнуть вал. Вследствие этого при вращении ротора возникает вибрация, кото­рая приводит к расшатыванию креплений подшипников, расцентровке роторов, нарушению плотности фланцевых соединений трубопроводов, связанных с корпусом тур­бины, и к другим нарушениям.

На вибрационное состояние турбоагрегата влияют также резонансы колеблющейся системы ротор—опора— фундамент турбоустановки, тепловая нестабильность ро­тора генератора и воздействие на ротор электромагнит­ного поля, расцентровка из-за тепловых деформаций цилиндров турбин и связанных с ними подшипниковых опор. При появлении недопустимой вибрации подшип­ников необходимо выявить причины, вызвав­шие вибрацию, и если вибрация вызвана неуравнове­шенностью ротора, то надо произвести динамическую балансировку ротора.

В имеющейся технической литературе по ремонту па­ровых турбин Достаточно подробно изложены практиче­ские приемы динамической балансировки жестких рото­ров. Основной задачей такой балансировки является определение величины и места приложения уравнове­шивающегося груза.

Динамическую балансировку небольших роторов (вес не более 20 т) довольно часто производят на специаль­ном станке, который легко можно изготовить силами ре­монтного цеха электростанции. Вращение ротора на та­ком станке осуществляют при помощи ременной передачи от асинхронного электродвигателя, в цепь которого обычно включается водяной реостат, позволяющий регу­лировать число оборотов. Передаточное число от элек­тродвигателя к валу и число оборотов электродвигателя подбирают так, чтобы имелась возможность регулиро­вать число оборотов ротора от 0 до 400 в минуту.

Вибрацию ротора измеряют индикаторами, установ­ленными на обоих подшипниках. После укладки ротора на подшипники и проверки по уровню горизонтальности его положения на станке производят опробование рабо­ты станка. Направление вращения ротора на станке должно быть таким же, как и при работе в турбине. Если никаких ненормальностей при опробовании не обнаружено, приступают к динамической балансировке.

Включают электродвигатель и доводят число оборо­тов ротора до 300—400 в минуту (число оборотов кон­тролируют ручным тахометром). При достижении нуж­ной скорости вращения сбрасывают ремень и ротор на­чинает вращаться по инерции. Отжимают стопоры под­шипников со стороны балансируемого конца ротора и при появлении равномерной вибрации подшипников про­изводят измерение вибрации. Показания индикатора и число оборотов ротора фиксируют в ведомости. Так же определяют амплитуды колебаний в зависимости от чи­сла оборотов для второго конца ротора.

После определения амплитуд колебаний обоих кон­цов ротора приступают к его балансировке обычно на подшипнике, дающем наибольшие вибрации. Концевые диски мелом по наружной поверхности делят на равные 8—10 частей и специально приготовленный груз пооче­редно укрепляют во все 8—10 точек крайнего диска; при этом измеряют амплитуду колебаний подшипника. Зная амплитуду колебаний подшипника без пробного груза и с ним в разных положениях, строят график изменения амплитуды колебании в зависимости от места установки пробного грума. Лучшим местом установки пробного груза будет то, которое соответствует наименьшей амплитуде колебании.

Определив место установки груза и принимая во вни­мание го обстоятельство, что амплитуда колебаний пря­мо пропорциональна величине груза, при помощи построенного графика нетрудно определить необходимый пес груза. Так же производится балансировка второго конца ротора.

Однако на этом балансировка не может быть закон­чена. Дело в том, что навеска второго груза вызовет на­рушение балансировки первого уравновешенного конца ротора. Чтобы этого не произошло, необходимо подо­бранный при балансировке переднего конца ротора груз G ₁ заменить двумя грузами M ₁ , и M ₂ . Груз М ₁ следует установить на то место, где был установлен груз G ₁ а груз M ₂ — на диске противоположного конца ротора d точке, диаметрально противоположной месту установ­ки груза М ₁ на переднем диске (если груз М ₁ на перед­нем диске устанавливается в балансировочном отверстии № 8, то груз М ₂ следует установить на заднем диске в диаметрально противоположном отверстии, т. е. в от­верстии № 4). Груз G ₂ , который был определен при ба­лансировке заднего конца ротора, устанавливается без изменения

Величины грузов Mi и М ₂ определяются по форму­лам:

где r и R — радиусы балансировочных отверстий (рас­стояние от центра диска до центра балансировочного отверстия);

а — расстояние от переднего диска до середины пе­реднего подшипника;

b — расстояние от заднего диска до середины заднего подшипника;

n — расстояние от переднего подшипника до задне­го диска;

т — расстояние от переднего диска до заднего под­шипника.

После определения величины грузов и места их уста­новки необходимо изготовить постоянные грузы и ввер­нуть их на резьбе в балансировочные отверстия. Затем надо еще раз проверить поочередно балансировку обоих концов ротора.

Балансировка тяжелых роторов в условиях электро­станции производится на рабочих числах оборотов непо­средственно в собранной турбине. Вращение ротора при балансировке удобнее производить своим генератором, пускаемым в режиме синхронного электродвигателя. При вращении ротора турбины генератором цилиндры турби­ны остаются открытыми, что позволяет сравнительно быстро и удобно производить балансировку. В случаях, когда не представляется возможность вращать ротор турбины генератором, вращение ротора производят па­ром. Для ускорения работы по балансировке установка грузов в таких случаях производится через открываю­щиеся люки на крышках цилиндров.

Балансировка ротора па рабочих числах оборотов ведется по существу так же, как и на станке. Для опре­деления величины и места установки балансировочного груза производятся три пуска генератора до нормаль­ного числа оборотов.

Первый пуск производится без контрольного груза. При достижении нормального числа оборотов произво­дится измерение амплитуды вибрации подшипника ба­лансируемого конца ротора ? ₁ . После измерения ампли­туды вибрации ротор останавливают и устанавливают контрольный груз G ₁ в произвольно выбранное баланси­ровочное отверстие 1. После этого ротор раскручивают до нормального числа оборотов и снова производят из­мерение амплитуды вибрации подшипника ? ₂ . После остановки ротора контрольный груз G ₁ вывертывают и устанавливают в балансировочное отверстие 2, отстоя­щее от первого отверстия по окружности диска на угол 90° (против вращения ротора). Производится тре­ти пуск ротора и также измеряется амплитуда вибрации подшипника ? ₃ .

Определение места установки балансировочного груза производится с помощью графика, показанного на рис. 4-1. Из центра О проводится окружность радиу­сом R ₁ , равным в принятом масштабе амплитуде коле­бании подшипника при первом пуске ротора (без кон­трольного груза). Из точки 1 радиусом R ₂ , соответствую­щим амплитуде вибрации, измеренной при втором пуске, описывается дуга аа’. Из точки 2, отстоящей от точки 1 на угол 90° (против вращения ротора), радиусом R ₃ соответствующим амплитуде вибрации при третьем пуске, описывается дуга bb’.

Прямая, проведенная из центра О через точку пере­сечения Р дуг на пересечении с окружностью, дает иско­мую точку 3 для установки уравновешивающего груза.

Величину уравновешивающего груза в можно найти по формуле

Аналогично определяют положене и величину урав­новешивающего груза для другого конца ротора. Место установки переходного груза и величину этого груза определяют так же, как и при балансировке ротора на станке.

Рассмотренные способы динамической балансировки роторов основаны на допущении, что амплитуда вибра­ции подшипников прямо пропорциональна неуравнове­шенным силам, а угол сдвига фазы между вектором вибрации и вектором неуравновешенной силы для ро­тора при данном числе оборотов есть величина постоян­ная, не зависящая от неуравновешенной силы. Это допу­щение приемлемо для жестких роторов, т. е. для рото­ров, у которых рабочее число оборотов составляет не более 70% первой (нижней) критической скорости. Для гибких роторов, критические скорости которых на­ходятся вблизи или ниже рабочей скорости вращения (имеются в виду роторы, у которых не только первая, но и вторая, а в некоторых случаях и третья критические скорости находятся ниже рабочей скорости вращения), указанное выше допущение не может быть положено в основу метода динамической балансировки.

При колебаниях гибких роторов, в отличие от жестких, эффект воздействия пробных грузов зависит от характера распределения неуравновешенных сил по длине ротора. Кроме того, характер колебаний гибких роторов зависит от податливости и массы опор, а форма упругой линии гибкого вала изменяется с изменением числа оборотов.

Вследствие влияния указанных факторов на характер колебаний гибких валов рассмотренные методы динами­ческой балансировки, применяемые к жестким роторам, не всегда приводят к желаемым результатам при ба­лансировке гибких роторов. В связи с этим Всесоюзным теплотехническим институтом имени Дзержинского со­ставлены руководящие указания для проведения работ по уравновешиванию гибких роторов турбоагрегатов тепловых электростанций на месте их установки.

Приемка ротора турбины после ремонта производится перед акрытием цилиндра. При приемке необходимо произвести тщательный осмотр ротора и его деталей, проверить записи состояния его до и после ремонта в ведомости объема работ, проверить формулярные записи и результаты определения вибрационных и резонансных характеристик ступеней облапачивания. Если производились какие-либо специальные работы, то необходимо проверить наличие и содержание актов по этим работам.

Источник

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.

При балансировке в одной плоскости достаточна одна точка измерения.

При балансировке в двух плоскостях необходимо иметь две точки измерения.

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 )

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».

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