Стенд для балансировки высокоскоростных роторов вакуумных насосов

Введение

Балансировка высокоскоростных роторов вакуумных насосов требует специализированного оборудования, способного сохранять точность в экстремальных условиях эксплуатации. Для выполнения этих требований в 2002 и 2009 годах были разработаны специальные балансировочные стенды. Эти системы предназначены для динамической балансировки собранных роторов турбин на реальных рабочих скоростях от 42 000 до 60 000 об/мин непосредственно в собственных подшипниковых опорах. Целью проектирования было достижение значений остаточного дисбаланса в соответствии с 1 классом точности по ГОСТ ИСО 22061-76.

Структурное проектирование и конфигурация

На рисунке 1 показана схема высокоскоростного балансировочного стенда, используемого для роторов вакуумных насосов.

Рисунок 1 – Конструктивная схема стенда балансировки высокоскоростного вакуумного насоса:
1 – Жесткая платформа
2 – Цилиндрические виброизолирующие пружины
3 – Цилиндрическое монтажное основание
4 – Сбалансированный вакуумный насос
5 – Защитный кожух
6 – Датчик фазового угла
7 – Датчик вибрации на крышке
8 – Датчик вибрации на основании
9 – Измерительно-вычислительный блок

Стенд построен на прямоугольной платформе (1), поддерживаемой четырьмя цилиндрическими пружинами (2), которые обеспечивают виброизоляцию. Платформа усилена продольными и поперечными ребрами жесткости, что обеспечивает высокую жесткость при минимизации веса. Такое конструктивное решение обеспечивает высокую чувствительность к силам дисбаланса и предотвращает резонансные колебания во всем диапазоне скоростей насоса при балансировке.

Монтажное основание (3) жестко прикреплено к платформе и служит для точного позиционирования насоса (4). Насос закрыт специальной крышкой (5), в которой также размещен датчик фазового угла (6). На крышке и основании установлены два датчика вибрации (7 и 8) соответственно. Все датчики подключены к измерительно-вычислительному блоку (9), который выполняет анализ в реальном времени и вычисляет корректирующие веса.

Процедура балансировки

Балансировка выполняется в два последовательных этапа для обеспечения точности как в условиях жесткого, так и гибкого ротора.

Этап 1 – Балансировка жесткого ротора

На начальном этапе ротор насоса балансируется при скоростях вращения до 8000 об/мин, где он ведет себя как твердое тело. Целью здесь является компенсация как статического, так и парного дисбаланса. Система достигает остаточных уровней вибрации ниже 0,01 мм/с RMS в диапазоне частот 3500–8000 об/мин.

Этап 2 – Балансировка высокоскоростного гибкого ротора

На втором этапе балансировка производится на рабочей частоте вращения ротора — 42 000 или 60 000 об/мин в зависимости от модели насоса. На этой частоте вращения ротор переходит в гибкое состояние и деформируется, что приводит к дополнительному динамическому дисбалансу. Для минимизации этих эффектов рассчитывается и применяется окончательная коррекция. Уровень остаточной вибрации после высокоскоростной балансировки не превышает 0,3 мм/с RMS, что обеспечивает длительную стабильную работу насоса.

Эксплуатационные характеристики

• Остаточная вибрация (жесткая ступень): ≤ 0,01 мм/с (3500–8000 об/мин)

• Остаточная вибрация (гибкая ступень): ≤ 0,3 мм/с (42 000–60 000 об/мин)

• Общее время цикла балансировки: Обычно менее 30 минут

Заключение

Высокоскоростной балансировочный стенд для роторов вакуумных насосов сочетает в себе структурную жесткость, точность измерений и передовые вычисления. Он обеспечивает точную балансировку в реальных условиях эксплуатации, компенсируя как статический, так и динамический дисбаланс. Решение соответствует строгим стандартам вибрации и значительно повышает надежность и срок службы высокоскоростных вакуумных насосных систем.