Стенд для балансування високошвидкісних роторів вакуумних насосів

Вступ

Балансування високошвидкісних роторів у вакуумних насосах вимагає спеціалізованого обладнання, здатного підтримувати точність в екстремальних умовах експлуатації. Для задоволення цих вимог у 2002 та 2009 роках були розроблені спеціальні балансувальні стенди. Ці системи призначені для динамічного балансування зібраних роторів турбін при фактичних робочих швидкостях від 42 000 до 60 000 об/хв безпосередньо у власних опорах підшипників. Метою проектування було досягнення значень залишкового дисбалансу відповідно до класу точності 1 згідно з ГОСТ ISO 22061-76.

Структурне проектування та конфігурація

На рисунку 1 показано схематичне розташування високошвидкісного балансувального стенду, що використовується для роторів вакуумного насоса.

Рисунок 1 – Структурна схема балансувального стенду високошвидкісного вакуумного насоса:
1 – Жорстка платформа
2 – Циліндричні віброізоляційні пружини
3 – Циліндрична монтажна основа
4 – Збалансований вакуумний насос
5 – Захисна кришка
6 – Датчик фазового кута
7 – Датчик вібрації на кришці
8 – Датчик вібрації на основі
9 – Вимірювально-обчислювальний блок

Стійка побудована на прямокутній платформі (1), що підтримується чотирма циліндричними пружинами (2), що забезпечують віброізоляцію. Платформа посилена поздовжніми та поперечними ребрами жорсткості, що забезпечує високу жорсткість при мінімізації ваги. Таке конструктивне рішення забезпечує високу чутливість до сил дисбалансу та запобігає резонансним коливанням у всьому діапазоні швидкостей насоса під час балансування.

Монтажна основа (3) жорстко прикріплена до платформи та служить для точного позиціонування насоса (4). Насос закритий спеціальною кришкою (5), в якій також розташований датчик фазового кута (6). Два датчики вібрації (7 та 8) встановлені на кришці та основі відповідно. Всі датчики підключені до вимірювально-обчислювального блоку (9), який виконує аналіз у режимі реального часу та розраховує коригувальні ваги.

Процедура балансування

Балансування виконується у два послідовні етапи для забезпечення точності як за умов жорсткого, так і за гнучкого ротора.

Етап 1 – Балансування жорсткого ротора

На початковому етапі ротор насоса балансується при швидкості обертання до 8000 об/хв, де він поводиться як тверде тіло. Метою є компенсація як статичного, так і парного дисбалансу. Система досягає рівня залишкової вібрації нижче 0,01 мм/с RMS у діапазоні частот 3500–8000 об/хв.

Етап 2 – Балансування гнучкого ротора на високій швидкості

На другому етапі балансування виконується при робочій швидкості ротора — 42 000 або 60 000 об/хв, залежно від моделі насоса. При цій швидкості ротор переходить у гнучкий стан і деформується, що призводить до додаткового динамічного дисбалансу. Для мінімізації цих ефектів розраховується та застосовується остаточна корекція. Залишковий рівень вібрації після високошвидкісного балансування не перевищує 0,3 мм/с RMS, що забезпечує довготривалу стабільну роботу насоса.

Характеристики продуктивності

• Залишкова вібрація (жорстка платформа): ≤ 0,01 мм/с (3500–8000 об/хв)

• Залишкова вібрація (гнучка ступінь): ≤ 0,3 мм/с (42 000–60 000 об/хв)

• Загальний час циклу балансування: Зазвичай менше 30 хвилин

Висновок

Високошвидкісний балансувальний стенд для роторів вакуумних насосів поєднує в собі жорсткість конструкції, точні вимірювання та передові обчислення. Він дозволяє точно балансувати в реальних умовах експлуатації, компенсуючи як статичний, так і динамічний дисбаланс. Рішення відповідає суворим стандартам вібрації та значно підвищує надійність і термін служби високошвидкісних вакуумних насосних систем.