Установка для статической балансировки роторов методом прямого измерения статического момента

Gr_s = Ö ((Gr_x)² + (Gr_y)²) ; (1) 

а угловое  положение центра тяжести из условия, что 

tg b = Gr_x / Gr_x , (2) 

где угол b отсчитывается от правого плеча коромысла против часовой стрелки.

 Балансировочные  устройства при массовом производстве  снабжают расчетным приспособлением.  Величину неуравновешенности и угловую координату центра массы при балансировке отдельных роторов можно также найти методом обхода. В этом случае, установив ротор на балансировочные весы, измеряют величину неуравновешенности в шести - восьми равнорасположенных угловых положениях. После этого строят график зависимости величины неуравновешенности от углового положения ротора Gr_s = f (b), используя который, определяют величину неуравновешенности по формуле:

Gr_s = (Gr_s)_max - (Gr_s)_min / 2 ; (3)

угловую координату неуравновешенности также определяют из графика, она будет соответствовать угловой координате (Gr_s)_max .

 Остаточное  смещение центра тяжести от  балансируемого ротора находится  в пределах 5-10 мкм. Чувствительность  балансировочных весов ограничивается  наличием трения в опорах. Практически чувствительность балансировочных весов определяется радиусом скругления призмы опоры r_ОП .

Примеры балансировки на горизонтальных весах  мы можем наблюдать соответственно на (рис.3) В дальнейшем меняя оправку можно использовать один и тот же станок. 

2.2 Недостатки статической балансировки.

 

Недостаток  статической балансировки заключается  в том, что она не может обнаружить неуравновешенные пары сил и часто  способствуют их появлению, ухудшая  тем самым сбалансированность ротора. Кроме того, после статической балансировки, даже при отсутствии неуравновешенных пар сил, всегда остается значительный остаточный дисбаланс, обусловленный силами трения, действующими на цапфы балансируемого ротора во время балансировочного процесса. Рассмотрим недостатки статической балансировки на примерах.

 Пусть  ротор турбогенератора имеет  в плоскостях диска турбины  и балансировочного кольца некоторые  дисбалансы:

½D₁½=½D₂½=D. (4)

 При  этом условии центр массы S ротора будет лежать на оси вращения и поэтому ротор не будет поворачиваться во время его статической балансировки на линейках или на роликах, даже при наличии очень больших дисбалансов D₁ и D₂ . Таким образом, неуравновешенный ротор будет казаться уравновешенным. В действительности при вращении ротора с частотой w на него будет действовать пара сил:

 P=Dw² (5)

с плечом, равным l (рис.2),которая вызовет постоянные по величине, но переменные по направлению давления на подшипники ротора, равные:

 Q_A= -Q_B = P l / L (6)

 Эти  давления и будут служить причиной ненормальной работы подшипников.

 Допустим  теперь, что неуравновешенный ротор  имеет только один дисбаланс  D₁ в плоскости диска турбины, вызванный, например, его эксцентричной посадкой на вал. По этой причине при вращении ротора с частотой w в плоскости, проходящей через центр массы диска, должна возникнуть сила:

 P₁ =D₁ w², (7)

которая вызовет динамические давления на подшипники А и В, равные соответственно (рис.2)

 Q_A= P₁ a + L / L = P₁ 85 + 340 / 340 » 1,25P₁ ; (8)

Q_B = -P₁ a / L = - P₁ 85 / 340 » - 0,25P₁ .

 Если предположить, что статическая балансировка ротора будет выполнена абсолютно точно путем прикрепления корректирующей массы в плоскости балансировочного кольца, то тогда динамическое давления на подшипники ротора:

 Q`<sub>A</sub>= - Q`_B = P₁ l / L » P₁ 340 / 340 = P₁ . (9)

 Таким образом, после статической балансировки ротора динамическое давление на подшипник В увеличилось в 4 раза. Такой результат мы получили при условии l = L ; если же будет l > L и l < L, то динамическое давление на подшипник В может быть после статической балансировки ротора как больше, так и меньше силы Р₁. Отсюда следует, что за результат статической балансировки нельзя поручиться заранее и сказать, насколько она ухудшит или улучшит несбалансированность ротора.

 Рассмотрим  еще один пример. Представим себе, что в предыдущем примере дисбаланс  расположен в одной плоскости  с центром массы ротора, и допустим, что балансировщик совершенно  безукоризненно выполнил статическую  балансировку путем прикрепления  корректирующей массы в плоскости неуравновешенного груза. В этом случае неуравновешенная пара сил при вращении ротора не возникает, но тем не менее в плоскости, проходящей через центр массы, все же останется дисбаланс, обусловленный трением качения:

 D_ост.= m r, (10)

где m - масса ротора;

 r - коэффициент трения качения.

 Величина  остаточного дисбаланса D_ост. может получиться настолько значительной, что в некоторых случаях она оказывается больше величины допустимого дисбаланса. Так, например, в данном случае остаточный дисбаланс после статической балансировки на линейках может быть

 D_ост.= 21,3 × 0,005 × 1000 =106,5 гсм

(коэффициент r для стального вала и стальной опоры принимаем равным 0,005 см, а массу ротора 21,3 кг)

в плоскости, проходящей через центр массы  ротора. Соответственно остаточные дисбалансы в плоскостях колеса вентилятора и балансировочного кольца, которые выбираются обычно для размещения корректирующих масс, будут соответственно равны :

 D_B = D_ост× c / b+c = 106,5 ×136 / 275 = 53 гсм ; (11)

 D_К = D_ост× b / b+c = 106,5 ×139 / 275 = 53,5 гсм .

 Между  тем допустимые дисбалансы в  плоскостях коррекции, как показывают  расчеты, составляют для этого  ротора:

 D_в.доп = 33 гсм ;

 D_к.доп = 19 гсм.

 Из  приведенных примеров следует,  что статическая балансировка  не только не в состоянии обеспечить уравновешивание рассмотренного выше ротора турбогенератора с необходимой точностью, но не может ухудшить его сбалансированность. Сделанный вывод можно отнести ко всем роторам быстроходных машин, уравновешивание которых должно выполняться с заранее заданной точностью.

 В настоящее время для уменьшения величины D_ост применяют балансировочные станки, позволяющие создавать воздушную подушку между цапфами ротора и опорами станка (рис.3.1).

рисунок 3.1.

 где: 1 - опора балансировочного станка;

2,4- каналы  для подачи воздуха под давлением;

3 - цапфа  ротора.

Если  ротор балансируется на подшипниках  качения, то для уменьшения остаточного  дисбаланса наружными кольцами подшипников  задают вынужденные колебания в  осевом направлении с частотой в несколько раз большей частоты вращения ротора и с амплитудой, определяемой осевым зазором (рис.4).

 Наиболее  современными балансировочными  станками для статического уравновешивания  роторов являются станки, позволяющие  вести этот процесс в динамическом режиме, во время вращения ротора с постоянной или переменной частотой, и измерять после устранения влияния моментной неуравновешенности главный вектор дисбалансов ротора в плоскости, проходящей через центр его массы.

 На  таких станках роторы могут балансироваться статически не только с заранее заданной точностью, но и осуществлять компенсацию дисбалансов в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

 Однако  не следует забывать, что основной  недостаток статической балансировки, заключающийся в невозможности обнаружить моментную неуравновешенность роторов, устранить нельзя. Поэтому область применения в технике статической балансировки роторов весьма ограничена.

 В  настоящее время статическая  балансировка используется для  уравновешивания роторов дискообразной формы, некоторых узлов гироскопических приборов и других, а также в том случае, когда единственной целью уравновешивания является приведения центра массы детали на ось вращения.

2.3 Особенности  настройки оборудования для статической  и динамической балансировки. 

Статическая балансировка представляет собой специфическую технологическую операцию, состоящую из двух этапов: измерения величины и угловой координаты неуравновешенности. Оборудование для статической балансировки должно иметь устройства для измерения неуравновешенности и ее устранения, причем лучшим вариантом решения будет объединение этих устройств в общем агрегате. Задачей балансировки является получение статически уравновешенного ротора, поэтому основным, определяющим качество уравновешивания, будет эффективность измерения неуравновешенности. Это накладывает на измерительные приборы, а также на устройство для устранения и на агрегат в целом ряд требований, для удовлетворения которых балансировочное оборудование должно обладать соответствующей разрешающей способностью, точностью и производительностью.

В настоящее  время уравновешивание роторов  производится или в статическом, или в динамическом режиме.

В первом случае ротор во время балансировочного процесса

только  поворачивается на небольшие углы, а во втором вращается с постоянной угловой скоростью.

В большинстве  случаев балансировочное оборудование, кроме специального, предназначено  для балансировки группы роторов, масса  которых изменяется в некотором  интервале. Измерительное устройство должно обеспечивать получение заданной точности на всем диапазоне, охватывающем данную группу роторов. Если измерение параметров статической неуравновешенности ротора производится с помощью балансировочного устройства, работающего в режиме статики, то точность измерения определяется уровнем ошибок, вносимых трением, возникающим между опорными шейками ротора или его оправки и направляющими. При балансировке трение препятствует ротору занять однозначное положение устойчивого равновесия и этим ограничивает чувствительность балансировочного устройства к малым неуравновешенностям. Конструкция балансировочного устройства должна обладать жесткостью, не допускающей деформацию его при нагружении ротором. Качество обработки и точность изготовления направляющих, точность установки их в горизонтальной плоскости, параллельность и совпадение осей опор также определяют качество работы балансировочного оборудования первого вида.

При применении балансировочных устройств, работающих в динамическом режиме с использованием электрических способов измерения, точность измерения неуравновешенности принципиально определяется соотношением между уровнями электрических сигналов от помех к сигналу от минимальной неуравновешенности,