2.3. Диагностические признаки дебаланса

Диагностическими признаками дебаланса являются:

• временной сигнал вибрации является простым с малым числом гармоник в низкочастотной области (область до пятой гармоники). Исключение составляют сигналы, в которых проявляются гидрогазодинамические, электромагнитные силы;

• амплитуда оборотной гармоники не менее чем в 3-5 раз больше амплитуд гармоник низкочастотной области, не менее 60 % мощности сигнала сосредоточено в этой области;

• приведенные выше условия относятся к вибрационным спектрам, измеренным в радиальном, вертикальном и поперечном направлениях;

• отношение амплитуды оборотной гармоники в радиальном направлении изменяется в пределах 0,7-1,2, очень часто это отношение равно 1. Отклонения от этого правила связаны с увеличением боковых зазоров в подшипниках и недопустимо большой податливостью опоры в этих направлениях;

• амплитуда оборотной гармоники в осевом направлении обычно на 50 % меньше амплитуды оборотной гармоники в радиальном направлении;

• в спектре осевой вибрации оборотная гармоника может не быть преобладающей. В нем могут быть вторая и третья гармоники;

• обычно дебаланс проявляется на двух подшипниках, только на одном он проявляется в случае, если сосредоточен вблизи этого подшипника;

• с ростом частоты вращения вибрация от дебаланса резко возрастает. При отсутствии других дефектов, что мало вероятно, вибрация от дебаланса слабо связана с технологическим режимом и нагрузкой;

• в центробежных насосах малой и средней мощности часто используются консольные роторы. При дебалансе консольного ротора оборотная гармоника является преобладающей не только в радиальном направлении, но и в осевом направлении. Но при этом, если фаза в осевом направлении оказывается стабильной, то в радиальном направлении может меняться.

Таким образом, для надежной диагностики дебаланса необходим анализ вибрационных спектров на обоих подшипниках во всех проекциях.

Дебаланс может приводить к расцентровке и изгибу ротора. При этом ротор изменяет свою форму так, что центр масс смещается в сторону уже имеющегося дебаланса, в результате резко увеличивается масса дебаланса, вибрация, напряжения. Таким образом, дебаланс в роторных машинах является одной из основных причин снижения эффективности и надежности работы, и для повышения технико-экономических показателей эксплуатируемой машины необходима ее балансировка.

Заключительный этап балансировки - балансировка роторов в собственных подшипниках. Такая балансировка дополняет балансировку роторов на специальных балансировочных станках, поскольку позволяет проверить качество балансировки на станке, возможное нарушение балансировки ротора в процессе транспортировки после балансировки на станке и оценить, а иногда и устранить влияние полумуфты, не балансируемой совместно с ротором на станке.

2.4. Статическая, моментная и динамическая балансировки роторных машин в собственных подшипниках

Балансировкой называют процесс, связанный с изменением распределения масс по длине ротора, в результате которого при вращении ротора не возникает некомпенсированных центробежных сил или они оказываются минимальными.

На практике до 70% случаев повышенная вибрация связана с дебалансом. Поэтому перед балансировкой необходимо определить основные причины повышенной вибрации. После балансировки амплитуда основных гармоник снижается в 5 раз, и такое снижение при отсутствии резонансных условий в сопрягаемых валах обеспечивает надежную работу всего агрегата.

При балансировке роторов существуют три случая: статическая балансировка (уравновешивают силы); моментная балансировка (уравновешивают моменты); динамическая балансировка (уравновешивают силы и моменты).

Статический дебаланс определяется как эксцентриситет центра масс, вызванный точечной массой, расположенной на некотором расстоянии от центра вращения. Равная масса, повернутая на угол 180° и расположенная на том же радиусе, необходима, чтобы центр масс совпал с осью вращения. Таким образом, статический дебаланс может быть устранен в одной плоскости и не требует анализа динамических процессов. Статическая балансировка представляет собой начальный этап балансировки, в основном для тихоходных машин.

Если масса ротора распределена вдоль оси, то для балансировки необходимо скомпенсировать действие возникающего момента. Для этого устанавливают две массы, угловые координаты которых отличаются на 180°. Эти массы приводят к появлению равных сил. Если величина установленных масс равняется величине дебаланса, то ротор оказывается сбалансированным. Однако при вращении ротора эти две массы приведут к смещению оси инерции, которая перестанет совпадать с осью вращения. Такой дебаланс может быть устранен только на основании данных, полученных при измерении вибрации и изменении распределения массы ротора по оси.

Обычно дебаланс роторов представляет собой комбинацию статического и моментного дебаланса, т.е. динамический дебаланс. Для устранения такого дебаланса необходима балансировка в двух плоскостях.

Если диаметр облопаченной части ротора превышает его длину в 7-10 раз, то ротор можно балансировать в од­ной плоскости, в противном случае его необходимо балансировать в двух плоскостях. Но в целом ряде случаев доступ к обоим торцам ротора невозможен. С точки зре­ния динамики, все роторы разделяются на жесткие и гиб­кие. К жестким роторам относятся роторы частота враще­ния которых не превышает 50% первой резонансной часто­ты ротора. При анализе динамики жестких роторов можно не учитывать изгиб, возникающий при его вращении. В трубопроводном транспорте нефти все роторы - ЦБН жест­кие, в трубопроводном транспорте газа роторы ГПА с су­довым и авиационным приводами - гибкие. Балансировка жестких роторов заключается в установке корректирую­щих масс в двух плоскостях, балансировка гибких роторов требует специального вакуумного стенда и производится в основном на заводе-изготовителе.