Лабораторная работа №3 динамическая балансировка роторов турбомашин

I. Общие положения. Причины вибрации роторов можно разделить на две группы: 1) причины технологического характе­ра; 2) причины эксплуатационные. К причинам первой группы от­носятся: неоднородность металла, неточность при механической обработке, низкое качество монтажных и ремонтных работ. Экс­плуатационные причины вибрации роторов: возникновение неурав­новешенности роторов турбин во время эксплуатации (обрыв и неравномерный износ лопаток, неравномерный занос солями проточ­ной части); нарушение центровки роторов, работа в области ре­зонансных частот вращения, ослабление жесткости системы (ослаб­ление взаимного крепления составных частей опор роторов-вкладышей и корпусов подшипников, фундаментных рам).

Повышенная вибрация может привести к авариям, сокращению, межремонтных сроков работы турбоагрегатов, неблагоприятно ска­зывается на здоровье обслуживающего персонала. Поэтому к виб­рационному состоянию турбоагрегатов предъявляются жесткие тре­бования.

Обычно вибрация измеряется на крышках подшипников с помо­щью специальных приборов - виброметров. Мерой вибрации являет­ся двойная амплитуда (размах) колебаний данной точки в оп­ределенном направлении.

Основной причиной вибрации турбоагрегатов является неурав­новешенность роторов. Неуравновешенность роторов можно разде­лить на статическую и динамическую.

Целью динамической балансировки является устранение дина­мической неуравновешенности. Динамической балансировке ротора предшествует статическая балансировка отдельных деталей ро­тора (дисков, полумуфт) и ротора в целом.

Следует отметить, что ротор динамически отбалансированный является также отбалансированным и статически.

Задача динамической балансировки заключается в том, что­бы создать в роторе добавочные центробежные силы, равные по ве­личине и противоположные по направлению центробежным силам, создающим неуравновешенность ротора. Эта задача выполняется обычно путем крепления добавочных корректирующих масс в спе­циальных кольцевых канавках на торцевых частях барабанов или крайних дисков роторов.

Динамическая балансировка может быть проведена: а) на спе­циальных балансировочных станках с гибкими опорами; б) на сво­их подшипниках в собранном турбоагрегате.

Сущность динамической балансировки на станках заключает­ся в том, что в плоскостях I и II (плоскости исправления), перпендикулярных оси вращения и расположенных на концах рото­ра (рис.6), выявляются при вращении, а затем устраняются действующие моменты центробежных сил, вызванные неуравновешен-' ными массами.

II. Цель работы. Ознакомление с принципом действия и уст­ройством балансировочного станка, приобретение практических на­выков по балансировке роторов.

III. Описание установки. Балансировка ротора производится на балансировочном станке модели 9710. Основные технические данные станка:

масса балансируемого ротора, кг - 0,3...3,0;

частота вращения ротора при балансировке, мин^-1 - 1400...2800;

мощность электродвигателя, кВт - 0,12.

Кинематическая схема балансировочного станка показана на рис. 6. Привод балансируемого ротора I осуществляется от электродвигателя 5 через систему ременных передач 4.

Рис.6. Кинематическая схема станка: 1 - балансируемый ротор; 2 - датчик; 3 - пружинная опора; 4 - ременная переда­ча; 5 - электродвигатель; I и II - плоскости исправления

Балансируемый ротор устанавливается на опорах, которые мо­гут передвигаться на двух цилиндрических направляющих, что поз­воляет производить балансировку роторов различной длины.

Внутри жесткого корпуса каждой опоры на двух стальных лен­тах подвешена люлька. В верхней части люльки имеются' текстоли­товые призмы, укрепленные на люльке с помощью пружин. На эти призмы опираются подшипники балансируемого ротора. Для гаше­ния собственных колебаний люлек их нижние части погружены в мас­ляную ванну.

Датчик индукционного типа, с помощью которого фиксируются колебания балансируемого ротора, состоит из двух частей - под­вижной и неподвижной. Его неподвижная часть (катушка с числом витков N = 10000) устанавливается на корпусе опоры, Подвижная часть датчика (постоянный магнит) установлена на лю­льке.

При вращении ротора и при наличии неуравновешенности колебания ротора передаются люльке, которая совершает поперечные колебания и вместе с ней перемещается магнит. При перемещении магнита в катушках наводится переменная ЭДС, величина которой прямо пропорциональна амплитуде и частоте колебаний. Так как частота вращения при балансировке поддерживается постоянной, то наводимая в катушках ЭДС однозначно определяет амплитуду коле­баний, которая, в свою очередь, линейно зависит от величины неуравновешенности (дисбаланса).

Электрический сигнал от датчиков поступает в измеритель­ное устройство, блок-схема которого представлена на рис. 7. Измерительное устройство, по величине сигнала поступающего от датчиков, позволяет определить величину и место установки урав­новешивающих грузов в двух плоскостях исправления (места рас­положения плоскостей исправления указаны на рис. 6). Так так оба датчика работают одновременно, решающее устройство позволя­ет исключить влияние одного датчика на другой. С выхода решаю­щего устройства сигнал поступает на усилитель.

Рис. 7. Блок-схема измерительного устройства балан­сировочного станка: 1 - балансируемый ротор; 2 - датчик; 3 - решающее устройство; 4 - усилитель; 5 - им­пульсное устройство; б - стробоскоп; 7 - выпрямитель; 8 - по­казывающий прибор.

Из усилителя сигнал поступает на измеритель амплитуды ко­лебаний и в импульсное устройство, дающее синхронно с частотой вынужденных колебаний ротора импульсы высокого напряжения на стробоскопическую лампу. Стробоскопическая лампа вспыхивает в момент прохождения "тяжелой" точкой ротора горизонтальной пло­скости (плоскость размещения индукционных датчиков).

Измеритель двойной амплитуды колебаний находится на перед­ней стороне станка и представляет собой микроамперметр.

IV. Порядок проведения балансировки

1. Подготовить ротор к балансировке, для чего на его торцевую часть наклеить бумажную полоску с нанесенными на нее цифрами.

2. Установить ротор на опоры станка, накинуть ремень и отрегу­лировать его натяжение.

3. С помощью тумблера включить пульт и дать ему прогреться в теч­ение 3-4 мин.

4. Рукоятки: "компенсация" установить в положение "0"; "ле­вая - правая" - в положение "левая"; "шкала" - на цифру "100".

5. При помощи кнопки "пуск" включить электродвигатель.

6. Вращением рукоятки "настройка" найти такое ее положение, при котором отклонение стрелки прибора будет наибольшим. При необходимости рукоятка "шкала" устанавливается в по­ложение "500" или "20".

7. Заметить и записать показания прибора и цифровую отметку, освещаемую строболампой на торцевой стороне ротора детали, на уровне ее горизонтальной оси.

8. Поставить рукоятку "правая - левая" в положение "правая". Записать показания прибора и цифровую отметку на роторе.

9. Нажатием кнопки "стоп" выключить электродвигатель и после полной остановки ротора в местах противоположных замечен­ным отметкам прикрепить грузики из пластилина в каждой из плоскостей исправления.

Ориентировочно масса грузика равна:

где: т₁₁ - масса уравновешивающего грузика, мг;

n - число делений по прибору;

r₁ - радиус, на котором прикрепляется уравновешиваю­щий грузик, см;

М - масса балансируемого ротора, г.

10. Повторная операция по п. 6, 7, 8, 9, уравновесить ротор с точностью до 5-7 делений шкалы по прибору (при установленной рукоятке "шкала" в положении "100").

V. Контроль балансировки. После устранения неуравновешен­ности установить ротор на опоры. Включить электродвигатель, проверить показания прибора для левой и правой сторон ротора. Если неуравновешенность превосходит допуск (5-7 делений шкалы прибора), то балансировку следует повторить.

VI. Содержание отчета. Цель работы; схема балансировочно­го станка; значение исходного дисбаланса ротора, гсм; значе­ние остаточного дисбаланса ротора после балансировки, гсм; выводы по работе.