1. Происхождение дисбаланса

Наиболее распространенным источ­ником повышенной вибрации является механический дисбаланс роторов. Дисба­ланс возникает при изготовлении, ремонте и эксплуатации роторов. Деталь, обла­дающая конструктивной симметрией, мо­жет иметь дисбаланс из-за технологиче­ских отклонений от осевой симметрии и неоднородности материала. Пазы на рото­рах генераторов и других электрических машин могут иметь некоторые отклоне­ния по глубине и ширине. Элементы об­мотки роторов электрических машин, ра­бочие лопатки и лопасти рабочих колес и другие насадные детали роторов машин и механизмов несколько отличаются друг от друга по массе и форме. Профилакти­ческий учет этих отличий не вполне ком­пенсирует их влияние на дисбаланс рото­ров. При насадке на ротор деталей с натя­гом, в особенности имеющих большие размеры, появляется дисбаланс, вызван­ный искривлением оси вала. При наличии посадочных зазоров дисбаланс возникает вследствие неопределенности положения насадной детали в пределах зазора.

В процессе эксплуатации дисбаланс появляется из-за поломок рабочих лопа­ток и бандажных связей, отложений солей и эрозийного износа турбинных роторов, возникновения уплотнений неметалличе­ских элементов обмотки ротора электри­ческой машины в первый период эксплуа­тации и релаксации внутренних техноло­гических напряжений, вызывающих про­гиб роторов. Возможно появление дисба­ланса при авариях.

2. Влияние дисбаланса на вибрацию

Влияние дисбаланса на вибрацию определяют возникающие при вращении центробежные силы, создающие вынуж­денные колебания роторов с частотой вращения. Проявление механического дисбаланса состоит в том, что вибрация имеет преимущественно оборотную час­тоту и является функцией частоты враще­ния вала. При отсутствии других причин вибрация не зависит от режима работы агрегата под нагрузкой. Это и является диагностическими признаками механиче­ского дисбаланса.

Распределение дисбаланса по длине роторов определяет соотношение ампли­туд и фаз вибрации в разных точках ма­шины, а также вид АФЧХ вибрации, в частности вибрации на резонансных час­тотах вращения.

Существенную вибрацию при нали­чии некоторых дефектов, например, при пониженной динамической жесткости опорной системы, расцентровках, резо­нансе вблизи номинальной частоты вра­щения возбуждает механический дисба­ланс, имеющий умеренную и приемлемую для нормальных случаев величину.

Дисбаланс дополнительно создает высокочастотную вибрацию с кратными частотами, что связано прежде всего с нелинейностью опор (см. разд. 8.6), это более всего проявляется при чрезмерных величинах дисбаланса в основном вслед­ствие ударных динамических возмуще­ний.

2. Остаточный прогиб ротора

у(х) - смещение масс; р_ь р₂ - наклоны шеек; р_м - торцевой бой муфты; >•„ - радиальный бой муфты

Остаточный прогиб ротора пред­ставляет собой искривление его геомет­рической оси, которое обнаруживается,

например, путем индицирования ротора (определения боя ротора в разных сечени­ях посредством индикатора) при разо­бранной машине. Остаточный прогиб ро­тора не зависит от нагрузки и теплового состояния машины в отличие от теплово­го прогиба (см. разд. 8.10). Остаточный прогиб ротора вызывает (рис. 8.1):

• возникновение механического дис­баланса, соответствующего смещению масс ротора относительно оси вращения;

• возникновение наклонов осей шеек ротора к оси вращения, вызывающих ки­нематическое возбуждение опор;

• смещение муфт в радиальном и торцевом направлениях, что вызывает возмущающие силы с частотой вращения на прогнутом роторе и соседних роторах.

Наибольшее влияние на вибрацию оказывает связанный с прогибом дисба­ланс. Он проявляется в основном как ме­ханический дисбаланс с той особенно­стью, что для гибких роторов его воздей­ствие на вибрацию при первой критиче­ской скорости вращения заметно более сильное, чем на вибрацию при рабочей скорости.

Как и механический дисбаланс, дис­баланс от прогиба может быть скомпен­сирован балансировкой ротора. Во многих случаях этого мероприятия бывает доста­точно для компенсации влияния прогиба на вибрацию.

Характерным при прогибе ротора яв­ляется появление осевой вибрации, вы­званной наклонами осей шеек ротора к оси вращения (разд. 8.8), сильнее это про­является на подшипниках жестких рото­ров. Осевая вибрация может сохраняться и после балансировки прогнутого ротора.

Смещение консольных участков про­гнутого ротора вызывает одновременно коленчатость и излом оси в плоскостях соответствующих жестких муфт, а в под­вижных муфтах возникает несоосность рабочих венцов полумуфт и шеек рото­ров. Влияние этих отклонений на вибра­цию рассмотрено в разд. 8.4. Дополни­тельно отметим, что при прогибе гибких роторов характерны весьма высокие виб­рации на первой критической скорости вращения.

Наиболее надежно прогиб ротора оп­ределяется его индицированием на останов­ленной машине либо непосредственно по­казаниями прибора, определяющего про­гиб ротора при его медленном вращении.