Балансировка роторов - В. Ковалёв

3.2.1. Метод обхода пробной массой. Этот метод в настоящее время применяется крайне редко. Однако он хорошо поясняет сущность балансировки и может быть полезен для понимания процесса балансировки.

Окружность, лежащая в плоскости коррекции, делится на 8 частей (см. рис.7), и отмечаются точки через 60o. В каждую точку поочерёдно устанавливается пробная масса mпр. Без пробной массы, а затем при каждой установке производится пуск, и измеряются амплитуды колебаний А0,А1, А2,…А8. По полученным данным строится зависимость изменения амплитуды от места установки пробной массы. При приближении места установки к месту расположения дисбаланса амплитуда будет увеличиваться. Минимальная амплитуда будет соответствовать случаю, когда место установки пробного груза находится напротив дисбаланса. Место установки корректирующей массы mкор определяется по минимальной амплитуде колебания, а её значение подсчитывается по формуле:

mкор = mпр А0/ А0-Амин

Рис.7

3.2.2. Метод трёх пусков без измерения фаз.

При балансировке с помощью такого метода проводится три пуска с одной пробной массой mпр, устанавливаемой последовательно через 120о на одном радиусе. При пусках измеряют амплитуды колебаний А01, А02, А03. По результатам измерений амплитуд колебаний с помощью графических построений производится расчёт необходимых корректирующей массы и угла её установки.

Для графического решения задачи из центра О (см. рис.8) описывают три окружности радиусами А01, А02, А03. На этих окружностях путём подбора располагают вершины равностороннего треугольника АВС вписанного в окружность с центром О1, радиус которого r в масштабе отображает mпр. Величина корректирующей массы mкор находится из соотношения:

mкор = mпрОО1/r

Угол дисбаланса δ относительно первого положения пробной массы находится по чертежу (рис.8). Следовательно, напротив дисбаланса необходимо установить корректирующую массу.

Рис.8

3.2.3. Метод, основанный на измерении амплитуды и фазы.

Этот метод легко реализуется с помощью современных балансировочных средств. Балансировщик, используя современные балансировочные средства, не видит, каким образом производится расчёт корректирующей массы и место её установки. Поэтому сущность этого метода поясняется графически с помощью рис.9.

Рис.9

При первом (нулевом) пуске измеряют амплитуду и фазу колебаний А0, φ0.

После установки пробной массы в произвольную точку 1 (см. рис.9) вновь измеряют амплитуду и фазу колебаний А1,φ1. Нахождение значения и места установки корректирующей массы поясняется с помощью векторной диаграммы, приведенной на рис.9. Проводятся вектора Ā0 и Ā1, затем строится вектор влияния пробной массы Āпр = Ā0 – Ā1. Следовательно, для компенсации вектора дисбаланса необходимо вектор пробного груза повернуть на угол α по вращению и сделать его значение равным А0. Для этого необходимо в точку 2, отстоящую от точки 1 на угол α, установить корректирующую массу mкор исходя из соотношения:

mкор = mпр А0/Апр

3.3. Многоплоскостная балансировка

Многоплоскостная балансировка с использованием метода одновременного измерения амплитуд и фаз колебаний наиболее распространена. Точнее, наиболее распространена двухплоскостная балансировка, которая является частным случаем многоплоскостной. Для расчёта корректирующих масс при таком методе балансировки необходимо выполнить, как минимум, три пуска: один начальный (нулевой) и два пробных с единичными (пробными) массами mп1, mп2, установленными на расстояниях rп1, rп2 от оси вращения (см. рис.10). Порядок и комбинации установок пробных грузов могут быть различными.

Рис.10

При использовании этого метода балансировки считают, что система позволяет использовать принцип суперпозиции. Расчёт корректирующих масс и мест их установки в такой системе может производиться различными способами: графическим, аналитическим или графоаналитическим.

Графические и графоаналитические расчёты с построением достаточно сложных векторных диаграмм широко использовались до появления балансировочных средств с микропроцессорами. Приёмы выполнения таких расчётов изложены в литературе [5]. В настоящее время они практически не используются, так как современная техника обеспечивает решение таких задач проще, точнее и быстрее. Говоря о точности расчётов, следует иметь в виду, что все расчёты основаны на предположении, что система линейна. Так как линейность механических систем не идеально, то поэтому при балансировке не всегда удаётся достичь желаемого результата минимальным количеством пусков.

Современная микропроцессорная техника с помощью программных средств решает задачу расчёта чаще всего аналитически. Рассмотрим, в чём заключается суть решения этой задачи.

Колебания системы ротор – опорная конструкция могут быть описаны системой уравнений (при каждом пуске двумя уравнениями с шестью неизвестными).

А0 = αа1DI + αа2DII

В0 = αв1DI + αв2DII

А1 = αа1 (DI +rп1mп1) + αа2 DII

В1 = αв1 (DI +rп1mп1) + αв2 DII (5)

А2 = αа1 DI + αа2 (DII+rп2mп2)

В2 = αв1 DI + αв2 (DII+rп2mп2)

Где, А0, А1, А2, В0, В1, В2 – амплитуды колебаний опор «а», «в» при нулевом и пробных пусках, произведённых на одной частоте.

αа1, αа2, αв1, αв2 – коэффициенты влияния, представляющие векторы колебаний опор «а» и «в», вызванных единичными массами mп1, mп2.

DI, DII – исходные дисбалансы в выбранных плоскостях коррекции І и ІІ.

rп1mп1, rп2mп2 – внесённые дисбалансы за счёт установки единичных (пробных) масс, в плоскостях коррекции І и ІІ.

В этих уравнениях неизвестны шесть векторных величин: DI, DII, αа1, αа2, αв2, αв2. Чтобы найти их, необходимо решить систему этих уравнений. Определение коэффициентов влияния и корректирующих масс для компенсации исходных дисбалансов является достаточно сложной задачей. Однако решение такой задачи с помощью современных средств, осуществляется автоматически в процессе пусков. Определённые из уравнений (5) коэффициенты влияния можно использовать для расчёта корректирующих масс при балансировке последующих однотипных роторов без выполнения двух пробных пусков.

В тех случаях, когда число плоскостей коррекции большее, чем 2 (например, если производится балансировка одного ротора с опорами более чем 2-е или балансировка сцепленных роторов), количество пробных пусков определяется числом плоскостей коррекции, в каждую из которых последовательно устанавливаются пробные массы. Уравнения, описывающие колебания системы, составляются аналогично, как и при двухплоскостной балансировке. Система этих уравнений и её решение усложняются, так как количество коэффициентов влияния увеличивается за счёт увеличения количества плоскостей коррекции и увеличивается количество уравнений за счёт увеличения количества пусков.

Чаще всего динамическая балансировка проводится на балансировочных станках. Обычно балансировка на станках проводится на более низких частотах вращения, чем рабочие частоты вращения роторов. Это обусловлено техническими возможностями балансировочных станков. Высокочастотные балансировочные станки мало распространены из-за их дороговизны и большой энергоёмкости. Балансировка на низкочастотных станках достаточно эффективна и обеспечивает высокую точность в тех случаях, когда ротора относятся к классу жёстких роторов. Для гибких роторов балансировка на низкочастотных станках не всегда эффективна.

Жёсткий ротор определяется как ротор, который сбалансирован на частоте вращения, меньшей первой критической в двух произвольных плоскостях коррекции и у которого значения остаточных дисбалансов не будут превышать допустимые на всех частотах вращения вплоть до наибольшей эксплуатационной. Динамическая балансировка жёсткого ротора производится, как правило, в двух плоскостях.

Гибкий ротор определяется, как ротор, который сбалансирован на частоте вращения, меньшей первой критической в двух произвольных плоскостях коррекции и у которого значения остаточных дисбалансов могут превышать допустимые на иных частотах вращения вплоть до наибольшей эксплуатационной. При балансировке гибких роторов используется, как правило, более двух плоскостей коррекции, и они выбираются не произвольно. Далее будет показано, какими принципами руководствуются при выборе плоскостей коррекции в процессе балансировки гибких роторов.