Раздел 5.

Балансировка машин на месте эксплуатации.

Основные виды машин и оборудования с узлами вращения, достаточно часто балансируемые на месте эксплуатации, обычно не относятся к 1 и 2 классу по требуемой точности балансировки, т.е. на этапе изготовления в обязательном порядке агрегат в сборе не балансируют. Поэтому конструкторам агрегатов не ставится задача облегчить доступ к плоскостям коррекции для установки пробных и балансировочных масс на ротор в процессе эксплуатации агрегата. Но наличие требований по вибрации машин и оборудования в процессе эксплуатации, которая достаточно часто превышает установленные нормы из-за значительной и, как правило, растущей по мере выработки ресурса неуравновешенности вращающихся узлов, приводит к необходимости периодически проводить их балансировку на месте. Тогда при выполнении работ по балансировке на месте приходится использовать наиболее доступные из штатных плоскостей коррекции и организовывать доступные вспомогательные плоскости коррекции, а контроль результатов балансировки проводить по вибрации. Обычно в таких случаях балансировка проводится по вибрации на оборотной частоте ротора, измеряемой на неподвижных частях балансируемой машины, прежде всего на опорах вращения, но достаточно часто учитывается вибрация и других узлов машины, ее рамы или фундаментных конструкций.

Балансировка машин на месте эксплуатации при наличии у ротора доступных плоскостей коррекции возможна в следующих основных случаях:

• после монтажа машины на месте эксплуатации,
• после проведения ремонта (обслуживания) машины с выполнением работ, которые приводят к изменению дисбаланса ротора (группы связанных муфтами роторов),
• по результатам периодического вибрационного контроля эксплуатируемой машины с обнаружением недопустимого роста вибрации на частоте вращения.

Из особенностей балансировки машин на месте эксплуатации можно выделить следующие:

• не все плоскости коррекции на роторе доступны в процессе балансировки,
• новая (дополнительная) задача - балансировка группы связанных муфтами роторов,
• неуравновешенность ротора может изменяться при смене режима работы машины,
• возможна значительная зависимость жесткости опор вращения от смещения вала,
• между ротором и неподвижными узлами машины на оборотной частоте могут действовать дополнительные нецентробежные силы,
• возможно появление близких к рабочей частоте вращения ротора резонансов колебательной системы ротор- корпус- фундамент,
• может иметь место ослабление узлов крепления опор вращения, корпуса машины или фундамента

Перед началом работ необходимо убедиться, что пуск машины, необходимый для обеспечения, как минимум, низкоскоростной балансировки, не приведет к аварийной ситуации. В частности, необходимо убедиться в отсутствии опасного статического дисбаланса, для чего повернуть ротор остановленного агрегата на угол, близкий к 90 градусам и убедиться, что он не возвращается в исходное положение. Если статический дисбаланс слишком велик, желательно снизить его установкой компенсирующей массы в легкую точку ротора, но с распределением этой массы по всем используемым плоскостям коррекции, чтобы резко не увеличивать моментную неуравновешенность ротора. И в дальнейшем при проведении работ по балансировке следует выполнять все требования по обеспечению безопасности машины и персонала.

Рекомендуемое (минимальное) количество точек контроля вибрации при балансировке на месте – по две на каждой опоре вращения балансируемого ротора с измерением вибрации в радиальной к оси вращения плоскости под разными углами и при условии использования поисковых программ балансировки. Для агрегатов со связанной муфтами группой роторов рекомендуется расширить количество точек контроля, проводя измерения амплитуд и фаз оборотной вибрации и на опорах вращения других роторов.

Минимальные требования по обеспечению вращения машины для выполнения первого этапа работ по балансировке ротора (низкоскоростной балансировки) определяются измерительными возможностями балансировочного комплекса /9,10/.

При последовательном измерении амплитуд и фаз оборотной вибрации (одноканальный измерительный комплекс) частота вращения должна стабильной на все время выполнения измерений, что на частотах вращения отличных от номинальной далеко не во всех случаях удается обеспечить. При использовании современных многоканальных измерительных комплексов с параллельными измерениями вибрации по всем точкам контроля достаточно разогнать машину до минимальной скорости вращения (около 100об/мин) и далее в режиме свободного выбега проводить необходимые измерения амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик. В этом случае нет необходимости выполнять предварительную статическую балансировку. Проведя по таким измерениям низкоскоростную балансировку машины после ремонта (обслуживания), можно на следующем шаге выполнять балансировку и на высоких скоростях вращения.

При выполнении работ по балансировке на месте обычно удается использовать лишь часть штатных плоскостей балансировки, доступных для установки пробных и компенсирующих масс при минимуме демонтажных работ. В этом случае для балансировки жестких роторов можно использовать и нештатные плоскости балансировки, в частности, устанавливая массы на полумуфты и другие открытые для доступа вращающиеся узлы. Достаточно часто использование нештатных плоскостей коррекции может минимизировать работы по балансировке машин в процессе эксплуатации. Но в таком случае в обязательном порядке следует проверить взаимовлияние используемых внештатных плоскостей, оптимизировать их количество и в дальнейшем проводить расчет ожидаемой эффективности балансировки по предварительным измерения вибрации и известным для этих плоскостей коэффициентам влияния. Кроме того, в программе балансировки на месте эксплуатации должен быть расчетный модуль, позволяющий разделить компенсирующую массу на две и более, размещаемые в доступных точках установки выбранной плоскости коррекции, например, на лопастях рабочего колеса.

Чаще всего уже по начальным измерениям амплитуд и фаз оборотной вибрации опор вращения машины в трех направлениях (вертикальном, горизонтальном и осевом) можно оценить целесообразность балансировки ротора с использованием одной – двух доступных нештатных плоскостей коррекции. В точках с максимальными уровнями вибрации по фазам колебаний ротора (двух ближайших роторов) в радиальном направлении определяется доминирующий вид дисбаланса (статический или моментный), а по положению нештатных плоскостей коррекции – возможность его компенсации. Преимущественный рост осевой вибрации на частоте вращения – это уже признак появления дефекта, требующего идентификации и устранения. По этим же измерениям можно определиться и с такой типовой неисправностью машины, влияющей на оборотную вибрацию, как ослабление опоры вращения (см. приложение по диагностике причин повышенной вибрации).

Важной особенностью балансировки на месте является часто встречающаяся зависимость величины дисбаланса (и параметров центробежных сил) ротора в составе машины от нагрузки (тепловой, аэродинамический, или гидродинамический дисбаланс). Используемые средства балансировки должны обеспечивать, во-первых, обнаружение такой зависимости, а, во-вторых, ее учет в процессе балансировки на месте. Задача обнаружения зависимости вибрации машины на частоте вращения от нагрузки и в процессе прогрева может решаться и другими средствами вибрационного мониторинга и диагностики, но собрать необходимую информацию о вибрации каждой машины, в том числе и устанавливаемой на штатное место впервые или прошедшей текущий ремонт, практически невозможно. Поэтому в многоканальный комплекс балансировки КБМ-4 введены все необходимые операции и обнаружения такой зависимости, и ее учета в процессе балансировки с минимизацией количества пусков агрегата.

В балансировочном комплексе КБМ-4 указанные проблемы могут решаться двумя основными способами – путем анализа вибрации работающего агрегата в процессе вывода его из эксплуатации для последующих работ по виброналадке или в процессе выполнения работ по пуску агрегата после обслуживания (ремонта). В обоих случаях ведется многоканальная запись отрезков сигналов вибрации и оборотов с проведением их он-лайн анализа, а, после остановки, подробного офф-лайн анализа сигналов. В режиме он-лайн анализа вибрации контролируются уровни вибрации в стандартной полосе частот и ее спектры. В режиме офф-лайн анализа сравниваются не только спектры, но и фазы оборотной вибрации на нескольких режимах работы с номинальной скоростью вращения. При выводе агрегата на обслуживание сначала при номинальной нагрузке, затем сразу после ее сброса (желательно ступенчатого, с несколькими промежуточными нагрузками), затем по мере изменения теплового режима работы, определяемого последним сбросом нагрузки. Кроме этого вибрация анализируется и в последующем режиме свободного выбега агрегата. Для выполнения указанных работ агрегат должен иметь постоянную метку на роторе и штатное место крепления датчика оборотов, позволяющие сравнивать результаты фазовых измерений на разных этапах эксплуатации.

При наладке агрегата после ремонта меняется последовательность выполнения работ. Сначала вибрация анализируется при пуске агрегата, затем при прогреве агрегата на холостом ходу, далее анализ вибрации проводится при скачке нагрузки и при последующем прогреве. Естественно, что при превышении норм по вибрации (во втором случае) на любом этапе работы прерываются и по уже полученным сигналам и результатам их анализа проводятся работы по диагностике причин повышенной вибрации и, по возможности, по предварительной низкоскоростной балансировке ротора.

Скачки (за пределы статистической погрешности) амплитуды или фазы оборотной вибрации в точках контроля с ее наиболее высоким уровнем при сбросах-набросах нагрузки указывают на существенный вклад нецентробежных сил. Скачек амплитуды более чем на 20% (2дБ) или фазы более, чем на 5% (15-20 угловых град.) означает необходимость проведения более глубокой диагностики. Аналогичное изменение оборотной вибрации при смене теплового режима требует либо устранения, тепловой неуравновешенности (часто возникающей из-за дефектов системы охлаждения), либо одновременной балансировки ротора на нескольких режимах работы, с обязательным учетом режима прохождения критической скорости вращения гибкого и жесткого (для агрегатов с податливыми опорами крепления) ротора.

Более точную оценку степени влияния на практические результаты балансировки нецентробежных сил с частотой вращения и возможных дефектов колебательной системы агрегата можно провести, сравнив:

• ранее измеренные коэффициенты влияния масс в выбранных плоскостях коррекции на все точки контроля вибрации с вновь полученными при пробных пусках агрегата. Обнаруживаемые отклонения характеризуют изменения механических свойств колебательной системы,
• расчетные значения параметров компенсирующих масс и величины снижения вибрации на нескольких режимах работы агрегата после определения коэффициентов влияния пробной массы на каждом новом пробном пуске.  Обнаруженное несовпадение определяется влиянием нецентробежных колебательных сил на измеряемую вибрацию с частотой вращения ротора.

Если расчетное снижение вибрации, определяемое после первого пуска, достаточно для достижения требований по вибрации на каждом из режимов, а расчетные корректирующие массы близки (до 10% по величине и до 3% по фазе), можно пренебречь влиянием нецентробежных сил и ограничиться одноплоскостной балансировкой. Если ожидаемый эффект недостаточен, выполняется следующий пуск (следующая плоскость коррекции) и расчет корректирующих масс проводится по двум плоскостям. Далее сравниваются рассчитанные для разных режимов массы, и при их близости пренебрегают влиянием нецентробежных сил, заканчивая двухплоскостную балансировку агрегата, общую для нескольких режимов, с выбранным весовым коэффициентом для каждого режима. Если и в этом случае ожидаемая эффективность балансировки мала или рассчитанные массы имеют большой разброс, выполняются работы по диагностике причин роста вибрации агрегата на частоте вращения ротора (см. приложение по диагностике).

В случае, когда работы по балансировке эксплуатируемых агрегата в силу особенностей их эксплуатации проводятся несколько раз между их периодическими ремонтами, экономически эффективным оказывается предварительный вибрационный мониторинг, по результатам которого и принимается решение о выполнении работ по балансировке агрегата с предварительной диагностикой причины роста вибрации или без такой диагностики. Для вибрационного мониторинга выбирается (по экономическим соображениям) одна из следующих технологий:

1.Периодическое измерение уровня вибрации в стандартной полосе частот, технология позволяет решить два основных вопроса – обнаружить опасный рост вибрации и оценить его стабильность,

2.Периодическое измерение широкополосного спектра (не шире третьоктавного) вибрации, технология позволяет дополнительно выявить рост вибрации на частоте вращения и отсеять изменения вибрации из-за типовых дефектов,

3.Периодическое измерение узкополосных спектров вибрации, технология позволяет определить вид и величину развитых дефектов, совместить работы по ремонту и балансировке,

4.Постоянный контроль вибрации стационарными средствами измерения, анализа и диагностики, технология позволяет минимизировать количество внезапных отказов агрегата и время на восстановление работоспособности, включая балансировку.

Подробнее указанные технологии рассмотрены в приложении по вибрационному мониторингу балансируемых агрегатов. Что касается основных задач - обнаружения недопустимого роста вибрации на частоте вращения, доказательства ее стабильности и отсутствия других опасных дефектов, без решения которых не приступают к проведению периодической балансировки машины, то для их решения достаточно использовать технологию вибрационного мониторинга по третьоктавным спектрам.

предыдущая   1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   следующая