Що таке балансування ротора? Вичерпний посібник

Визначення: Основна концепція балансування

Балансування ротора – це систематичний процес покращення розподілу маси обертового тіла (ротора) для забезпечення того, щоб ефективна центральна лінія маси збігалася з його справжньою геометричною центральною лінією. Коли ротор незбалансований, під час обертання виникають відцентрові сили, що призводить до надмірної вібрації, шуму, скорочення терміну служби підшипників та потенційно катастрофічних поломок. Мета балансування – мінімізувати ці сили шляхом додавання або видалення точної кількості ваги в певних місцях, тим самим зменшуючи вібрацію до прийнятного рівня.

Чому балансування є критичним завданням технічного обслуговування?

Дисбаланс є одним із найпоширеніших джерел вібрації в обертових механізмах. Виконання точного балансування — це не просто зменшення вібрації; це критично важлива операція з технічного обслуговування, яка забезпечує значні переваги:

• Збільшений термін служби підшипників: Сили дисбалансу безпосередньо передаються на підшипники. Зменшення цих сил значно подовжує термін служби підшипників.
• Підвищена надійність машини: Нижчий рівень вібрації зменшує навантаження на всі компоненти машини, включаючи ущільнення, вали та опори конструкції, що призводить до меншої кількості поломок.
• Підвищена безпека: Високий рівень вібрації може призвести до виходу з ладу компонентів, створюючи значну загрозу безпеці персоналу.
• Знижений рівень шуму: Механічна вібрація є основним джерелом промислового шуму. Добре збалансована машина працює набагато тихіше.
• Нижче споживання енергії: Енергія, яка в іншому випадку витрачалася б даремно на створення вібрації та тепла, перетворюється на корисну роботу, що підвищує ефективність.

Типи балансування: статичне та динамічне

Процедури балансування класифікуються залежно від типу дисбалансу, який вони виправляють. Два основні типи - це статичне та динамічне балансування.

Статичне балансування (одноплощинне балансування)

Статичний дисбаланс виникає, коли центр мас ротора зміщений відносно його осі обертання. Це часто візуалізується як одна «важка точка». Статичне балансування виправляє це, застосовуючи один коригувальний вантаж на 180° навпроти важкої точки. Його називають «статичним», оскільки цей тип дисбалансу можна виявити, коли ротор перебуває в стані спокою (наприклад, на роликах з ножовим лезом). Він підходить для вузьких дископодібних роторів, таких як вентилятори, шліфувальні круги та маховики, де співвідношення довжини до діаметра невелике.

Динамічне балансування (двоплощинне балансування)

Динамічний дисбаланс – це складніший стан, який включає як статичний дисбаланс, так і дисбаланс «пари». Дисбаланс пари виникає, коли на протилежних кінцях ротора, розташованих на 180° одна від одної, є дві однакові важкі точки. Це створює гойдалку або момент, який можна виявити лише під час обертання ротора. Динамічне балансування необхідне для більшості роторів, особливо тих, довжина яких перевищує їх діаметр (наприклад, якорі двигунів, вали та турбіни). Воно вимагає внесення коректив щонайменше у двох різних площинах вздовж довжини ротора, щоб протидіяти як силі, так і дисбалансу пари.

Процедура балансування: як це робиться

Сучасне балансування зазвичай виконується за допомогою спеціалізованого обладнання та систематичного підходу, часто з використанням методу коефіцієнта впливу:

1. Початковий запуск: Машина запускається для вимірювання початкової амплітуди коливань та фазового кута, спричинених існуючим дисбалансом. Використовуються датчик вібрації та тахометр (для фазового опорного значення).
2. Пробний забіг з вагою: Відомий пробний вантаж тимчасово прикріплюється до ротора у відомому кутовому положенні в площині корекції.
3. Другий запуск: Машину знову запускають, і вимірюють нову амплітуду та фазу коливань. Зміна вібрації (різниця векторів) спричинена виключно пробною гиркою.
4. Розрахунок: Знаючи, як пробна гиря вплинула на вібрацію, балансувальний прилад розраховує «коефіцієнт впливу». Цей коефіцієнт потім використовується для визначення точної кількості коригувальної гирі та точного кута, під яким її потрібно розмістити, щоб протидіяти початковому дисбалансу.
5. Виправлення та перевірка: Пробний вантаж знімається, встановлюється розрахований постійний коригувальний вантаж, і виконується остаточний пробіг, щоб перевірити, чи вібрація зменшилася до прийнятного рівня. Для двоплощинного балансування цей процес повторюється для другої площини.

Відповідні стандарти та допуски

Прийнятні рівні вібрації не є довільними. Вони визначаються міжнародними стандартами, зокрема ISO 21940 серія (яка замінила старіший ISO 1940). Ці стандарти визначають «Ступені якості балансування» (наприклад, G 6.3, G 2.5, G 1.0) для різних класів машин. Нижче число G вказує на жорсткіший допуск. Ці ступені використовуються для розрахунку максимально допустимого залишкового дисбалансу для даного ротора на основі його маси та робочої швидкості, що забезпечує його відповідність експлуатаційним вимогам.

← Назад до головного індексу