2.7. Балансировка в двух плоскостях
В приборах для балансировки в двух плоскостях обычно имеются два канала для вибросигналов и переключатель для их выбора. Переключатель используется для выбора плоскости, в которой будут проводиться измерения. И это единственное отличие от процедуры балансировки в одной плоскости. Схема измерений приведена на рисунке 22. Здесь 1,2- датчики вибрации в плоскостях I и II; 3 - тахометр; 4 - фильтр; 5 - измеритель фазы; 6 - измеритель амплитуды.
Процедура балансировки в двух плоскостях:
производится частотный анализ в обеих плоскостях, и по выделенной оборотной гармоники вибрации оценивается необходимость балансировки;
измеряются амплитуды и фаза вибрации в каждой из плоскостей в начальном состоянии из-за перекрестного эффекта, т.к. дебаланс в одной из них влияет на величину вибрации в другой и наоборот эффект;
установка пробной массы в плоскости I;
с установленной пробной массой в плоскости I, измеряются амплитуда и фаза в обеих плоскостях;
отмечается координата пробной массы в плоскости I и масса снимается;
с установленной пробной массой в плоскости II измеряются амплитуда и фаза в обеих плоскостях;
отмечается положение пробной массы в плоскости II, и масса снимается;
рассчитываются величины корректирующих масс в плоскостях I и II;
устанавливаются корректирующие массы в плоскостях I и II;
измеряется остаточная вибрация и сравнивается с допустимым значением.
Рисунок 22. Схема измерений при балансировке в 2-х плоскостях: 1,2- датчики вибрации в плоскостях I и II; 3 - тахометр; 4 - фильтр; 5 - измеритель фазы; 6 - измеритель амплитуды
2.8. Использование динамических коэффициентов влияния (дкв) при балансировке
В основу методики балансировки жестких роторов положено предположение о линейной зависимости массы дебаланса и амплитуды от оборотной гармоники вибрации. Коэффициент пропорциональности, связывающий величину дебаланса и амплитуду оборотной гармоники вибрации, называется ДКВ (с его помощью можно найти величину пробной массы без проведения измерений с пробной массой).
Дебаланс в одной из плоскостей ротора влияет на вибрацию во всех остальных плоскостях. Поэтому для всех роторов существует матрица ДКВ, связывающая между собой вибрацию во всех плоскостях ротора. Так что, зная величину ДКВ, можно по измеренной амплитуде оборотной гармоники в одной плоскости разработать рекомендации по ее снижению.
ДКВ
определяется
как изменение комплексной амплитуды
оборотной гармоники вибрации в разных
сечениях и под действием массы
с угловой координатой
,
установленной в сечении
.
Комплексная разность амплитуд оборотных гармоник вибрации :
или
,
(7)
где
и
- амплитуды вибрации ротора в сечении
при нулевом нагружении и при установке
груза
в сечении
:
.
(8)
Таким образом, зная , можно рассчитать величину корректирующей массы без пробных пусков.
Пример.
,
;
пробный
груз
.
При
пуске с грузом
,
.
Из векторной диаграммы получаем:
,
.
Определяем динамический коэффициент влияния:
С
учетом того, что
,
,
получаем
.
Тогда
нагрузка
.
Самое важное при использовании ДКВ заключается в том, что при известных величинах ДКВ можно заранее прогнозировать результат расстановок любых грузов в любых плоскостях.
Остаточная вибрация при установке компенсирующих грузов в плоскостях равна
То
есть вибрация в некотором сечении
после установки груза в сечении
равна начальной вибрации, сложенной с
произведением массы грузов
на
динамический коэффициент влияния
Таким образом, зная предварительно величину при изменении амплитуды первой (оборотной) амплитуды вибрации, можно рассчитать величину компенсирующей массы без пробных пусков.
ДКВ является основным динамическим параметром агрегата и для двух одинаковых агрегатов должны быть равны величины ДКВ. К сожалению, малозаметные отклонения в параметрах и свойствах агрегатов существенно влияют на динамические характеристики.
Значения ДКВ могут существенно отличаться для одинаковых агрегатов и даже на одном агрегате величины ДКВ могут меняться, в зависимости от времени и режима работы. Поэтому необходимо собирать банк данных по ДКВ, их хранить и архивировать. Таким образом, величины ДКВ всегда известны лишь приближенно, в зависимости от условий их определения и дальнейшего использования. Для расчета компенсирующих грузов можно использовать величины ДКВ, определенные при балансировке на балансировочных станках, при балансировке роторов в собственных подшипниках и учитывая возможные отклонения ДКВ для аналогичных машин. Достоверность балансировки с помощью ДКВ определяется по результатам контрольных измерений.
ЦЕНТРОВКА РОТОРНЫХ МАШИН
Центровка роторных машин необходима в связи с тем, что сопрягаемые в муфте валы ротора часто не являются горизонтальным продолжением друг друга. При этом возникают ситуации:
перекос валов в муфте,
параллельное смещение валов,
излом валов (и перекос и параллельное смещение).
Такое положение валов вызывает появление динамических сил, приводящих к вибрации на 2, 3 иногда 4 гармониках оборотной частоты. Поэтому вибродиагностическим признаком расцентровки является появление высших гармоник в осевой вибрации агрегата. Одним из радикальных средств снижения вибрации является качественная центровка насоса и электродвигателя, приводящая к тому, что под нагрузкой вибрация электродвигателя снижается на 20 - 30% по сравнению с вибрацией в неагрегированном состоянии.
3.1. Основные причины нарушения центровки в процессе эксплуатации
Под центровкой агрегата понимается производство ряда операций, обеспечивающих в рабочем положении агрегата правильное геометрическое расположение деталей и совпадение осей роторов с осями подшипников и корпусов.
При монтаже агрегата последовательно производится центровка:
1-ая - по уровню и струне,
2-ая - по расточкам под уплотнения,
3-ая - по полумуфтам.
Центровка по уровню и струне обеспечивает нормальное расположение деталей роторов и корпусов подшипников в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Центровка по расточкам позволяет обеспечить совпадение осей вращения ротора и расточки корпуса, что обеспечивает минимальные и равномерно распределенные радиальные зазоры в уплотнениях и проточной части. Завершающим этапом центровки является центровка по полумуфтам. Выполнение этой операции обеспечивает такое взаимное расположение роторов, когда ось одного является продолжением оси другого, а ось всего агрегата представляет собой одну непрерывную упругую линию. Этот заключительный этап центровки позволяет проконтролировать все предыдущие этапы.
Проверка центровки по полумуфтам является обязательной при капитальном ремонте, поскольку в процессе длительной эксплуатации, как правило, происходит смещение корпусов подшипников относительно мест их установки.
Центровку по полумуфтам проверяют по положению полумуфт относительно друг друга. Правильному положению роторов соответствует концентрическое положение полумуфт и параллельность их корпусов. Поэтому в основу центровки положено измерение относительного положения полумуфт при одновременном повороте роторов. Если оси роторов смещены параллельно, то расстояние между торцами одинаковое, а концентричность нарушена. Если излом, то при повороте роторов меняется как расстояние между торцами, так и концентричность полумуфт.
Таким образом, практическая центровка заключается в том, чтобы при изменении относительного положения роторов обеспечить параллельность торцов и концентричность полумуфт при повороте роторов на один и тот же угол. При этом величина допуска на непараллельность (измерения по торцевой поверхности) должна контролироваться совместно с допуском на несоосность (измерение по отверстию). Поэтому добиваются допустимых значений величины не параллельности, а потом добиваются требуемых величин несоосности, если при этом изменяются величины первого допуска, то работа повторяется.
Технология центровки агрегата заключается в подборе необходимой величины прокладки под опорами лапы и перемещении машины на раме в горизонтальном и вертикальном направлениях. Подъем машины для установки прокладки частично осуществляется с помощью домкратных болтов. Прокладки должны быть очищены, промыты, использование прокорродированных прокладок не допускается. Под каждую опорную лапу допускается установка не более трех прокладок. В тех случаях, когда оборудование до начала ремонтных работ эксплуатируется с низким уровнем вибрации, особенно в низкочастотной области, то необходимо сохранять значение центровок валов в холодном состоянии.
К числу основных факторов вызывающих изменение центровки в процессе эксплуатации относятся:
смещение роторов турбины и нагнетателя газоперекачивающего агрегата (ГПА) во вкладышах подшипников вследствие смещения шеек роторов на масляном клине, образующемся во вкладышах при вращении;
температурные деформации корпусов и трубопроводов, а также подшипников, вызывающие изменение относительного положения осей расточек корпусов и подшипников;
состояние фундамента, связанное с сезонным изменением грунтов и уровнем грунтовых вод.
Поскольку центровка агрегата ведется не в рабочем состоянии (холодном), то при ее производстве должны учитываться все изменения взаимного положения деталей, которые происходят при переходе рабочего в нерабочее состояние, т.е. агрегат в нерабочем состоянии должен быть специально расцентрован с тем, чтобы последующие изменения обеспечили последующую центровку. То есть, например, при центровке валов силовой турбины и нагнетателя необходимо учитывать тепловое расширение.
Величины тепловых расширений определяются экспериментально и указываются в технических условиях.
В ГПА наибольшее тепловое расширение возникает в выхлопном контуре силовой турбины, которая расширяется вверх на 0,94 мм. Ось редуктора при прогреве поднимается на 0,36 мм. Поскольку тепловое расширение нагнетателя равно 0,14 мм, постольку в холодном состоянии ось нагнетателя должна быть на 0,22 мм ниже редуктора.
Если величины тепловых расширений заданы правильно, то после соблюдения допусков на центровку в холодном состоянии, после прогрева агрегата обеспечивается надежная работа подшипников, муфт и промежуточных валов.