Suurnopeuksisen roottorin tasapainotusteline tyhjiöpumpuille

Johdanto

Nopeiden tyhjiöpumppujen roottorien tasapainotus vaatii erikoislaitteita, jotka kykenevät säilyttämään tarkkuuden äärimmäisissä käyttöolosuhteissa. Näiden vaatimusten täyttämiseksi kehitettiin vuosina 2002 ja 2009 erityiset tasapainotustelineet. Nämä järjestelmät on suunniteltu koottujen turbiiniroottorien dynaamiseen tasapainotukseen niiden todellisilla käyttönopeuksilla 42,000–60,000 rpm suoraan omissa laakerituissaan. Suunnittelutavoitteena oli saavuttaa jäännösepätasapainoarvot GOST 22061-76:n mukaisella luokan 1 tarkkuudella, joka on Neuvostoliiton tasapainotuslaatustandardi (sen nykyaikainen kansainvälinen vastine on ISO 21940-11, entinen ISO 1940-1).

Rakennesuunnittelu ja kokoonpano

Kuva 1 esittää tyhjiöpumppujen roottoreiden tasapainotuksessa käytettävän suurnopeuksisen telineen kaaviokuvan.

Kuva 1 – Suurnopeuksisen tyhjiöpumpun tasapainotusjalustan rakenne:
1 – Jäykkä alusta
2 – Sylinterimäiset tärinää eristävät jouset
3 – Sylinterimäinen kiinnitysalusta
4 – Tasapainotettu tyhjiöpumppu
5 – Suojakansi
6 – Vaihekulma-anturi
7 – Tärinäanturi kannessa
8 – Tärinäanturi pohjassa
9 – Mittaus- ja laskentayksikkö

Jalusta on rakennettu suorakaiteen muotoiselle alustalle (1), jota tukevat neljä lieriömäistä jousta (2), jotka eristävät tärinää. Alusta on vahvistettu pitkittäis- ja poikittaisilla jäykisteillä, saavuttaen suuren jäykkyyden ja minimoiden painon. Tämä rakenteellinen ratkaisu varmistaa suuren herkkyyden epätasapainovoimille ja estää resonanssivärähtelyt pumpun koko nopeusalueella tasapainotuksen aikana.

Asennusalusta (3) on kiinnitetty tukevasti alustaan ja sen avulla pumppu (4) voidaan asemoida tarkasti. Pumppu on koteloitu erillisellä kannella (5), jossa sijaitsee myös vaihekulma-anturi (6). Kannessa ja alustassa on kaksi värähtelyanturia (7 ja 8). Kaikki anturit on kytketty mittaus- ja laskentayksikköön (9), joka suorittaa reaaliaikaisen analyysin ja laskee korjauspainot.

Tasapainotusmenettely

Tasapainotus suoritetaan kahdessa peräkkäisessä vaiheessa tarkkuuden varmistamiseksi sekä jäykissä että joustavissa roottoreissa.

Vaihe 1 – Jäykän roottorin tasapainotus

Alkuvaiheessa pumpun roottori tasapainotetaan pyörimisnopeuksilla enintään 8,000 rpm, jolloin se käyttäytyy jäykkänä kappaleena. Tavoitteena on kompensoida sekä staattinen että momenttiepätasapaino. Tällä värähtelyeristetyllä telineellä tehdyissä testeissä järjestelmä saavuttaa alle 0.01 mm/s RMS:n jäännösvärähtelytasot taajuusalueella 3,500–8,000 rpm. Tämä erittäin alhainen lukema on telinekokeen tulos valvotuissa olosuhteissa, ei tyypillinen kenttämittausarvo.

Vaihe 2 – Suurnopeuksinen joustavan roottorin tasapainotus

Toisessa vaiheessa tasapainotus suoritetaan roottorin käyttönopeudella – joko 42 000 tai 60 000 rpm pumpun mallista riippuen. Tällä nopeudella roottori siirtyy joustavaan tilaan ja käy läpi muodonmuutoksia, mikä johtaa lisääntyneeseen dynaamiseen epätasapainoon. Lopullinen korjaus lasketaan ja tehdään näiden vaikutusten minimoimiseksi. Jäännösvärähtelytaso suurnopeustasapainotuksen jälkeen ei ylitä 0,3 mm/s RMS, mikä varmistaa pumpun vakaan toiminnan pitkällä aikavälillä.

Suorituskykyominaisuudet

• Jäännösvärähtely (jäykkä vaihe): ≤ 0.01 mm/s (3,500–8,000 rpm, telinekokeen tulos)

• Jäännösvärähtely (joustava vaihe): ≤ 0,3 mm/s (42 000–60 000 rpm)

• Kokonaisaika tasapainotussyklille: Yleensä alle 30 minuuttia

Päätelmä

Tyhjiöpumppujen roottoreiden suurnopeuksinen tasapainotusteline yhdistää rakenteellisen jäykkyyden, tarkat mittaukset ja edistyneen laskennan. Se mahdollistaa tarkan tasapainotuksen todellisissa käyttöolosuhteissa kompensoiden sekä staattista että dynaamista epätasapainoa. Ratkaisu täyttää tiukat tärinästandardit ja parantaa merkittävästi suurnopeuksisten tyhjiöpumppujärjestelmien luotettavuutta ja käyttöikää.