Stojak do wyważania wirników szybkoobrotowych do pomp próżniowych

Wprowadzenie

Wyważanie wysokoobrotowych wirników w pompach próżniowych wymaga specjalistycznego wyposażenia zdolnego do utrzymania dokładności w ekstremalnych warunkach eksploatacyjnych. Aby spełnić te wymagania, w latach 2002 i 2009 opracowano dedykowane stanowiska wyważające. Systemy te są przeznaczone do wyważania dynamicznego zmontowanych wirników turbin przy rzeczywistych prędkościach roboczych od 42,000 do 60,000 rpm, bezpośrednio we własnych podporach łożyskowych. Celem projektowym było osiągnięcie wartości niewyważenia resztkowego zgodnych z klasą dokładności 1 według GOST 22061-76, radzieckiej normy jakości wyważenia (jej współczesnym międzynarodowym odpowiednikiem jest ISO 21940-11, dawniej ISO 1940-1).

Projektowanie i konfiguracja konstrukcyjna

Rysunek 1 przedstawia schematyczny układ stanowiska do wyważania szybkoobrotowego stosowanego do wirników pomp próżniowych.

Rysunek 1 – Schemat konstrukcyjny stanowiska wyważania pompy próżniowej szybkoobrotowej:
1 – Platforma sztywna
2 – Cylindryczne sprężyny izolujące drgania
3 – Podstawa montażowa cylindryczna
4 – Wyważana pompa próżniowa
5 – Pokrywa ochronna
6 – Czujnik kąta fazowego
7 – Czujnik wibracji na obudowie
8 – Czujnik wibracji na podstawie
9 – Jednostka pomiarowo-obliczeniowa

Stojak zbudowany jest na prostokątnej platformie (1), podpartej czterema cylindrycznymi sprężynami (2), które zapewniają izolację drgań. Platforma jest wzmocniona usztywnieniami wzdłużnymi i poprzecznymi, co zapewnia wysoką sztywność przy jednoczesnej minimalizacji masy. To rozwiązanie konstrukcyjne zapewnia wysoką wrażliwość na siły niewyważenia i zapobiega drganiom rezonansowym w całym zakresie prędkości pompy podczas wyważania.

Podstawa montażowa (3) jest sztywno przymocowana do platformy i służy do precyzyjnego pozycjonowania pompy (4). Pompa jest zamknięta specjalną pokrywą (5), w której znajduje się również czujnik kąta fazowego (6). Dwa czujniki drgań (7 i 8) są zamontowane odpowiednio na pokrywie i podstawie. Wszystkie czujniki są podłączone do jednostki pomiarowo-obliczeniowej (9), która wykonuje analizę w czasie rzeczywistym i oblicza wagi korekcyjne.

Procedura wyważania

Wyważanie odbywa się w dwóch kolejnych etapach, aby zagwarantować precyzję zarówno w przypadku sztywnego, jak i elastycznego wirnika.

Etap 1 – Wyważanie sztywnego wirnika

Na początkowym etapie wirnik pompy jest wyważany przy prędkościach obrotowych do 8,000 rpm, gdzie zachowuje się jak ciało sztywne. Celem na tym etapie jest kompensacja zarówno niewyważenia statycznego, jak i momentowego. W testach na tym stanowisku odizolowanym od drgań system osiąga poziomy drgań resztkowych poniżej 0.01 mm/s RMS w zakresie częstotliwości 3,500–8,000 rpm. Ten ultraniski odczyt jest wynikiem testu stanowiskowego uzyskanym w kontrolowanych warunkach, a nie typową wartością pomiaru terenowego.

Etap 2 – Wyważanie wirnika elastycznego na dużych prędkościach

W drugim etapie wyważanie jest wykonywane przy prędkości roboczej wirnika — 42 000 lub 60 000 obr./min, w zależności od modelu pompy. Przy tej prędkości wirnik wchodzi w stan elastyczny i ulega odkształceniu, co prowadzi do dodatkowej nierównowagi dynamicznej. Obliczana jest końcowa korekta i stosowana w celu zminimalizowania tych efektów. Pozostały poziom drgań po wyważaniu przy dużej prędkości nie przekracza 0,3 mm/s RMS, co zapewnia długoterminową stabilną pracę pompy.

Charakterystyka wydajności

• Drgania resztkowe (etap sztywny): ≤ 0.01 mm/s (3,500–8,000 rpm, wynik testu stanowiskowego)

• Drgania resztkowe (etap elastyczny): ≤ 0,3 mm/s (42 000–60 000 obr./min)

• Całkowity czas cyklu wyważania: Zwykle poniżej 30 minut

Wnioski

Stanowisko do wyważania wirników pomp próżniowych o dużej prędkości łączy sztywność strukturalną, precyzyjne pomiary i zaawansowane obliczenia. Umożliwia dokładne wyważanie w rzeczywistych warunkach pracy, kompensując zarówno statyczne, jak i dynamiczne nierównowagi. Rozwiązanie spełnia rygorystyczne normy wibracji i znacznie poprawia niezawodność i żywotność systemów pomp próżniowych o dużej prędkości.