8.3. Методы статической балансировки
Для роторов дискообразной формы, масса которых размещена в одной плоскости, обычно достаточной является только статическая балансировка, состоящая в приведении центра масс ротора на ось вращения с помощью корректирующей массы, устанавливаемой в одной плоскости коррекции. Статическая балансировка производится для роторов у которых отношение длины к диаметру менее 0,2 – 0,25. При статической балансировке на радиусе rк в плоскости коррекции устанавливают корректирующую массу
В большинстве устройств для статической балансировки используется свойство дисбалансной части занимать самое нижнее положение при устойчивом равновесии. Простейшее устройство для статической балансировки представляет собой две параллельные горизонтальные призмы (ножи). Если дать возможность ротору перекатываться по призмам, то при значительном дисбалансе он займет положение с наинизшим расположением центра масс, или близкое к нему (Рис. 8.3).
Рис. 8.3. Устройство для балансировки на призмах
Методы статической балансировки основаны на подборе корректирующего груза и его расположения таким образом, чтобы равновесное состояние ротора сохранялось во всех положениях. Статическая балансировка роторов имеет ряд ограничений, поэтому для повышения точности и производительности применяют динамическую балансировку вращающегося ротора.
Методы динамической балансировки роторов. Методы динамической балансировки основаны на принципе зависимости амплитуды колебаний от величины дисбаланса. Различают одноплоскостную и двухплоскостную балансировку. В первом случае расчет корректирующих масс производится отдельно для каждой плоскости коррекции, во втором – одновременно.
Динамическая балансировка может осуществляться как установкой ротора на балансировочный станок, так и непосредственно на месте (балансировка в собственных подшипниках).
|
|
а) |
б) |
Рис. 8.4. Типы балансировочных станков
а – с неподвижной осью; б – с подвижной осью
Методы
амплитуд.
Методы
амплитуд требуют измерения амплитуды
начальной вибрации при пуске ротора
без пробной массы и амплитуды
при пусках с пробными массами,
устанавливаемыми в определенных
положениях на роторе [9]. К этим методам
относятся метод кругового обхода, метод
четырех, трех и двух пробных пусков.
При балансировке методом кругового
обхода измеряют амплитуду вибрации
опор
при пусках ротора с пробной массой
,
переставляемой последовательно на
равные углы. По данным измерений строят
зависимость
от положения пробной массы. Корректирующая
масса ставится в положение, соответствующее
,
а ее величина:
или
При
балансировке валов методом четырех
пробных пусков вибрация
измеряется при пусках с одинаковой
пробной массой
,
последовательно переставляемой по
одному и тому же радиусу под углом 90.
Относительные
величины вибраций
располагают в убывающий ряд a < b < c < d.
Искомая
величина корректирующей массы
,
а угол ее установки
,
где
Метод фаз. Метод фаз требует нахождения положений «бьющих» точек (соответствующих «тяжелому» месту) при начальном и пробных пусках для разных положений пробных масс и для определения углов сдвига фазы колебаний по сравнению с пуском без пробной массы. Данный метод может быть использован в двух вариантах: при расположении пробной массы под углом 180 (метод двух пусков) и под углом 120 (метод трёх пусков). По полученным значениям амплитуд колебаний опор определяется масса и место установки корректирующей массы.
Метод
одновременного измерения амплитуд и
фаз вибраций.
Этот метод требует двух пусков: с
начальным дисбалансом и с пробной
массой
,
во время которых измеряется амплитуда
,
и относительное изменение угла сдвига
фазы колебаний α. По этим данным строится
векторный треугольник вибраций, из
которого определяется амплитуда
,
соответствующая вибрациям от действия
одной массы
.
Корректирующая масса
,
а угол β между векторами
и
определяет место её установки относительно
пробной массы.
Для балансировки двухопорных роторов необходимо учитывать влияние неуравновешенной массы по всем балансировочным плоскостям на каждый подшипник. Здесь наиболее применимы методы двухплоскостной балансировки.
Методы
двухплоскостной балансировки
предполагают, что система позволяет
использовать принцип суперпозиции и
выражать векторы
и
колебаний опор a
и b,
вызванных дисбалансами
в выбранных плоскостях коррекции I
и II,
уравнениями:
где
коэффициенты
влияния, представляющие векторы
колебаний опор a
и b
, вызванных единичными массами
или
в плоскости I
или II
и зависящих от частоты вращения ротора.
Метод одновременного измерения амплитуд и фаз вибрации требует для балансировки три пуска: начальный и два пробных с пробными массами , устанавливаемыми последовательно в двух плоскостях коррекции. Измерения проводятся на одной частоте вращения. Пробная масса подбирается из условия:
,
где
– вес ротора, приходящаяся на опору А,
Н;
– радиус установки пробной массы
,
м; n
–
частота
вращения ротора, об/мин.
Рис. 8.5. Схема установки датчиков и корректирующих масс на ротор
При пусках определяют амплитуды и фазы колебаний опор. По измеренным величинам определяют коэффициенты влияния:
(8.1)
Корректирующие массы определяют из решения системы уравнений 8.1:
(8.2)
где
– радиусы установки
пробных и корректирующих масс, м.
В
случае установки корректирующих и
пробных грузов на одинаковых радиусах
(
),
что наиболее часто встречается на
практике, система 8.2 принимает вид:
(8.3)
Расчетное определение корректирующих масс достаточно сложно, поэтому часто применяют расчетно-графический метод.
Исходными данными для определения массы и угла установки являются амплитуды (А, мкм) и фазовые углы (φ0), измеренные при трех пусках:
Таблица 8.2.
-
Условия
Масса и угол установки пробного груза
Плоскость I
Плоскость II
Исходный пуск
0
,
,
С пробным грузом в плоскости I
,
,
,
С пробным грузом в плоскости II
,
,
,
На
векторной диаграмме (Рис. 8.6) строят
векторы амплитуд вибрации в плоскости
I
и II.
Значения коэффициентов влияния находят
по векторной диаграмме, в соответствие
с выражениями
;
;
;
.
Определяют также и величины их фазовых
углов
;
;
;
.
Рассчитывают значения векторов
и их соответствующих фазовых углов:
;
.
Рис. 8.6. Диаграмма векторов амплитуды вибрации
Находят значения вспомогательных векторов и фазовых углов вибрации:
;
,
;
,
;
.
Значения
векторов А, B,
C
строят на векторной диаграмме (Рис.8.7)
и по ней находят значения векторов D,
E,
H,
в соответствии с выражениями:
;
;
(где F
– единичный вектор с параметрами: F=1,
).
Фазовые углы векторов
,
,
,
также находят по векторной диаграмме.
Рис.8.7. Диаграмма вспомогательных векторов
Значения масс корректирующих грузов, находят в соответствие с системой 8.22 составят:
в
плоскости коррекции I:
.
В
плоскости коррекции II:
.
Значения углов установки корректирующих грузов составят:
в
плоскости коррекции I:
.
В
плоскости коррекции II:
.
Значение
углов приводят в положительных единицах,
например значение
составит
.