10. Тепловой дисбаланс ротора

1. Общие сведения

Тепловым дисбалансом называют дисбаланс, который является следствием прогиба ротора машины под действием тепловых явлений.

Причины появления теплового дис­баланса:

• асимметрия температурного поля в роторе (возникающая по разным причи­нам);

• изгибающие моменты, вызванные осевыми силами при тепловых расшире­ниях насадных деталей;

• неоднородность свойств материала ротора или его тепловая нестабильность.

При асимметрии температурного по­ля ротор прогибается в сторону большей температуры. Для свободно опертого стального ротора при линейном распреде­лении температур в радиальном направ­лении стрела прогиба может быть опреде­лена по приближенной формуле

90°

у= 1,5 ■ КГ⁶/² At/d, (8.5)

где / - длина ротора; d - диаметр; At - разность температур между "горячей" и "холодной" образующими ротора, °С. На­пример, при длине ротора 8 м и диаметре

1. м на каждый градус разницы температур стрела прогиба составит 0,1 мм, что при­мерно в 20 раз превышает допуск на от­клонение центров масс при балансировке на станке.

Характерной для теплового дисба­ланса является зависимость вибрации от нагрузки агрегата, при этом каждому ус­тановившемуся тепловому режиму соот­ветствует определенная вибрация. Изме­нение вибрации при тепловом дисбалансе может быть обозначено вектором вибра­ции АА (рис. 8.11), а вектор суммарной вибрации проходит промежуточные со­стояния А о, А1, А ₂, А₃.

Рост вибрации происходит не одно­временно с изменением нагрузки агрегата, а постепенно, по мере изменения теплово­го состояния металла. Важнейшим диаг­ностическим признаком теплового дисба­ланса является существенный рост вибра­ции на первой критической частоте при выбеге прогретого ротора.

Рис. 8.11. Характер изменения вибрации опор при тепловом дисбалансе:

А₀ - вибрация на холостом ходу;

Л], Я₂ вибрация при промежуточных нагрузках; А₃ - вибрация при номинальной нагрузке; ДА - тепловой вектор

Тепловой дисбаланс по своему про­явлению очень схож с режимной расцен- тровкой, дифференциальная диагностика в особых случаях затруднена, тем более что расцентровка может вызвать тепловой дисбаланс, связанный с прогибом ротора в плоскости шейки. Достаточно точно теп­ловой дисбаланс определяется и диагно­стируется балансировочными методами.

2. Тепловой дисбаланс электрических машин

Чаще тепловой дисбаланс возникает на роторах генераторов и других электри­ческих машин, имеющих в роторах об­мотку возбуждения. Причинами этого могут быть витковые замыкания в обмот­ке ротора, асимметрия охлаждения, отсут­ствие тепловых зазоров между пазовыми клиньями.

Диагностическим признаком асим­метрии охлаждения является зависимость вибрации от интенсивности процессов теплообмена или от разности температур между ротором и охлаждающим газом. При этом вибрация меняется как при по­вышении нагрузки, так и в случае резкого изменения температуры охлаждающего газа. От температуры ротора вибрация при этом не зависит.

Диагностическим признаком недос­таточных осевых зазоров в пазовых клиньях является зависимость вибрации от температуры ротора, при этом не имеет значения, при какой нагрузке достигнута рассматриваемая температура. Таким же образом изменяется вибрация при неод­нородности материала ротора на протя­жении всего периода эксплуатации с момента монтажа.

На асинхронных электродвигателях тепловой дисбаланс может быть следст­вием обрыва короткозамкнутых стержней ("беличьей клетки"), а также загроможде­ния охлаждающих каналов ротора уста­новленными балансировочными грузами либо из-за засорения.

Меры профилактики отмеченных причин теплового дисбаланса у роторов электрических машин следующие: тща­тельно выполнять охлаждающие каналы и контролировать их продуваемость; обяза­тельно заглушить резьбовые отверстия, противоположные балансировочным проб­кам, дюралюминиевыми заглушками, при использовании более двух полных пазов для установки балансировочных пробок; контролировать тепловые зазоры в пазо­вых клиньях.