Vyvažovací stojan pre vysokorýchlostné rotory pre vákuové čerpadlá

Úvod

Vyvažovanie vysokorýchlostných rotorov vo vákuových čerpadlách si vyžaduje špecializované vybavenie schopné zachovať presnosť v extrémnych prevádzkových podmienkach. Na splnenie týchto požiadaviek boli v rokoch 2002 a 2009 vyvinuté špecializované vyvažovacie stojany. Tieto systémy sú určené na dynamické vyvažovanie zmontovaných turbínových rotorov pri skutočných prevádzkových otáčkach v rozsahu 42,000 až 60,000 rpm priamo vo vlastných ložiskových podperách. Cieľom konštrukcie bolo dosiahnuť hodnoty zvyškovej nevyváženosti v súlade s presnosťou triedy 1 podľa GOST 22061-76, sovietskej normy kvality vyváženia (jej moderným medzinárodným ekvivalentom je ISO 21940-11, predtým ISO 1940-1).

Štrukturálny návrh a konfigurácia

Obrázok 1 znázorňuje schematické usporiadanie vysokorýchlostného vyvažovacieho stojana používaného pre rotory vákuových vývev.

Obrázok 1 – Konštrukčné usporiadanie vyvažovacieho stojana pre vysokorýchlostné vákuové čerpadlo:
1 – Pevná platforma
2 – Valcové pružiny tlmiace vibrácie
3 – Valcová montážna základňa
4 – Vyvážená vákuová pumpa
5 – Ochranný kryt
6 – Snímač fázového uhla
7 – Snímač vibrácií na kryte
8 – Snímač vibrácií na základni
9 – Meracia a výpočtová jednotka

Stojan je postavený na obdĺžnikovej plošine (1), podopretej štyrmi valcovými pružinami (2), ktoré zabezpečujú izoláciu vibrácií. Plošina je vystužená pozdĺžnymi a priečnymi výstuhami, čím sa dosahuje vysoká tuhosť a zároveň minimalizuje hmotnosť. Toto konštrukčné riešenie zaisťuje vysokú citlivosť na sily nevyváženosti a zabraňuje rezonančným kmitom v celom rozsahu otáčok čerpadla počas vyvažovania.

Montážna základňa (3) je pevne pripevnená k plošine a slúži na presné umiestnenie čerpadla (4). Čerpadlo je uzavreté v kryte (5), v ktorom je tiež umiestnený snímač fázového uhla (6). Na kryte a základni sú namontované dva snímače vibrácií (7 a 8). Všetky snímače sú pripojené k meracej a výpočtovej jednotke (9), ktorá vykonáva analýzu v reálnom čase a vypočítava korekčné závažia.

Postup vyvažovania

Vyvažovanie sa vykonáva v dvoch postupných fázach, aby sa zabezpečila presnosť za podmienok tuhého aj pružného rotora.

Fáza 1 – Vyvažovanie tuhého rotora

V počiatočnej fáze sa rotor čerpadla vyvažuje pri otáčkach do 8,000 rpm, keď sa správa ako tuhý rotor. Cieľom je kompenzovať statickú aj momentovú nevyváženosť. Pri skúškach na tomto vibračne izolovanom stojane systém dosahuje úrovne zvyškových vibrácií pod 0.01 mm/s RMS vo frekvenčnom rozsahu 3,500–8,000 rpm. Táto mimoriadne nízka hodnota je výsledkom skúšky na stojane získaným za kontrolovaných podmienok, nie typickým údajom z merania v teréne.

Fáza 2 – Vyvažovanie vysokorýchlostného flexibilného rotora

V druhej fáze sa vyvažovanie vykonáva pri prevádzkových otáčkach rotora – buď 42 000 alebo 60 000 ot./min. v závislosti od modelu čerpadla. Pri týchto otáčkach rotor prechádza do pružného stavu a deformuje sa, čo vedie k ďalšej dynamickej nerovnováhe. Na minimalizáciu týchto účinkov sa vypočíta a aplikuje konečná korekcia. Zvyšková úroveň vibrácií po vysokorýchlostnom vyvážení nepresahuje 0,3 mm/s RMS, čo zabezpečuje dlhodobú stabilnú prevádzku čerpadla.

Výkonnostné charakteristiky

• Zvyškové vibrácie (tuhý stupeň): ≤ 0.01 mm/s (3,500–8,000 rpm, výsledok skúšky na stojane)

• Zvyškové vibrácie (flexibilný stupeň): ≤ 0,3 mm/s (42 000 – 60 000 ot./min.)

• Celkový čas cyklu pre vyvažovanie: Zvyčajne menej ako 30 minút

Záver

Vysokorýchlostný vyvažovací stojan pre rotory vákuových čerpadiel kombinuje štrukturálnu tuhosť, presné meranie a pokročilé výpočty. Umožňuje presné vyváženie v reálnych prevádzkových podmienkach a kompenzuje statickú aj dynamickú nerovnováhu. Riešenie spĺňa prísne normy pre vibrácie a výrazne zlepšuje spoľahlivosť a životnosť vysokorýchlostných systémov vákuových čerpadiel.