Как сбалансировать ротор электродвигателя
Балансировка электродвигателя
Подписка на рассылку
Как известно, электродвигатель (в дальнейшем ЭД) состоит из двух элементов – статического (статора) и подвижного (ротора). Последний при работе может вращаться на очень высокой скорости, которая составляет тысячи и десятки тысяч оборотов в минуту.
Дисбаланс ротора не только приводит к повышенной вибрации, но и может повредить сам ротор или весь электродвигатель. Также из-за этой проблемы увеличивается риск поломки всей установки, где используется этот ЭД.
Чтобы избежать этих негативных последствий, производится балансировка якорей электродвигателей – она же «балансировка ротора» или «балансировка электродвигателя».
Как производится балансировка роторов электродвигателей
Сбалансированный ротор – это ротор, у которого ось вращения совпадает с осью инерции. Правда, абсолютного баланса можно добиться лишь в идеальном мире, в реальности же всегда наблюдается хоть небольшой, но «перекос». И задача балансировки заключается в его минимизации.
Различают статическую и динамическую балансировку роторов.
Статическая балансировка ротора призвана устранить значительный дисбаланс масс относительно оси вращения. Она может быть произведена в домашних условиях, поскольку не требует использования специального оборудования. Достаточно призматических или дисковых фиксаторов. Также эта операция может производиться с использованием рычажных весов специальной конструкции.
Ротор размещается на призматическом или дисковом фиксаторе. После этого наиболее тяжелая его сторона перевешивает, и деталь прокручивается вниз. На нижней точке делают отметку мелом. Затем ротор перекатывают ещё четырежды, и после каждой окончательной остановки отмечают наиболее нижнюю точку.
Когда на роторе становится пять отметок, замеряют расстояние между крайними и на его середине делают шестую. Затем на диаметрально противоположной точке этой шестой отметки (точке максимального дисбаланса) устанавливают балансирующий груз.
Масса груза подбирается опытным путём. На точке противоположной максимальному дисбалансу устанавливаются утяжелители различной массы, после чего ротор прокручивается и останавливается в любом положении. Если всё ещё наблюдается дисбаланс – масса грузика уменьшается или увеличивается (в зависимости от того, в какую сторону провернулся ротор после остановки). Задача – подобрать такую массу утяжелителя, чтобы ротор после остановки в любом положении не проворачивался.
После определения нужной массы можно либо оставить груз, либо просто высверлить отверстие в полученной шестой точке – точке с максимальным дисбалансом. При этом масса высверленного металла должна соответствовать массе подобранного груза.
Такая статическая балансировка электродвигателя своими руками достаточно грубая и призвана устранить только серьёзные перекосы по массе нагрузки на валу. Есть и другие недостатки. Так, статическая балансировка якоря электродвигателя своими руками потребует многочисленных измерений и вычислений. Для повышения точности и скорости рекомендуется использовать динамический метод.
Для этого потребуется специальный станок для балансировки роторов электродвигателей. Он раскручивает размещённый на нём вал и определяет, по какой из осей наблюдается перекос массы. Динамическая балансировка роторов электродвигателей способна устранить даже мельчайшие отхождения оси инерции от оси вращения.
Динамическая балансировка вала электродвигателя производится компьютерным методом. Высокоинтеллектуальное оборудование, которое используется для этого процесса, способно самостоятельно подсказать, какой противовес и на какую сторону стоит установить.
Впрочем, найти станок для балансировки очень тяжелого или большого ротора довольно сложно. Обычно динамическая методика устранения перекоса применяется для сравнительно небольших ЭД независимо от мощности. Поэтому, выбирая способы балансировки и центровки электродвигателей, стоит обратить внимание не только на точность операции, но и на физическую возможность провести этот процесс для имеющегося вала.
Динамическая балансировка на станке. вентилятора, ротора насоса или электродвигателя после проведенного ремонта.
Опубликовано RB в 05.10.2020 05.10.2020
Простые фишки от практика балансировки роторов на станке DIAMEX 2000
Работая мастером по ремонту в энергетике, приходится производить балансировку механизмов после проведенного ремонта. О статической балансировке дымососа мы писали в одной из своих статей. Статическая балансировка дело не очень сложное, надо лишь подобрать уравновешивающий груз на балансируемый ротор. Но при работе механизмов, особенно на больших оборотах (выше 1000 об /мин.) происходит влияние различных сил как в продольном, так и поперечном направлениях. Чтобы уравновесить эти силы в динамике, существуют специальные балансировочные станки и целые их комплексы. Применяют и методы динамической балансировки в собственных подшипниках на месте установки, но это другая история, хотя принципы те же самые.
Причины вибрации механизма после восстановительного ремонта
После эксплуатации многих механизмов с течением времени происходит неравномерный износ рабочих колес (насосов, вентиляторов). В процессе ремонта их восстанавливают разными способами. Роторы электродвигателей даже с завода бывают отбалансированы на самых верхних пределах допуска, а то и вовсе вне допуска. 
Динамическая балансировка жестких роторов на стационарных станках
Не будем углубляться в науку дисбаланса, а рассмотрим практический пример балансировки консольного ротора диаметром в один метр. Вес такого ротора 150 кг. Балансировку производим на популярном и неплохом станке “DIAMEX 2000” Ротор наш будем считаться жестким, то есть балансировать его можно на малых оборотах, так как влияния частоты вращения на небаланс жесткого ротора не учитываются. Не буду вдаваться в тонкости работы станка, кто читает статью, должен быть в теме.
Установка вентилятора на опоры балансировочного станка.
На станке две роликовых опоры, вал укладываем на эти опоры. Важно, чтобы торцы вала и шейки были в хорошем состоянии, без каких-либо выбоин и эллипсности поверхностей. К торцам вала, с зазором 1-2 мм подводим ограничивающие ролики. В инструкциях сказано, что вал необходимо выставить по уровню. Я для себя сделал вывод, что ротор необходимо выставить, так, чтобы при вращении он не сползал на упорные ролики, а свободно вращался их не касаясь. Как этого добиться?
Этапы балансировки ротора на станке.
Как и сказано в инструкциях, первым делом устраняем статический небаланс. Когда колесо вентилятора останавливается в одном месте. (как это делать читайте здесь)
Затем определяем “выбег “ ротора по программе станка. На балансировочных станках возможно добиться нормальных результатов балансировки и на низких оборотах (250-350 об/мин) но результат будет точнее если балансировка проводится на оборотах близких к рабочим (хотя бы 600 об/мин при рабочих 3000) Конечно, немного страшновато, когда массивный ротор раскручивается в свободных роликовых опорах до 1000-1500 оборотов. По неопытности можем и потерять его (слетит с опор)
Так вот, обороты выбега выбираем в зависимости от того, как ведет себя ротор на разных оборотах. На нашей диаграмме (на мониторе) видно, что на 578 оборотах в минуту-наименьшая вибрация на левой и правой опоре. Исходя из этого выбираем номинальную частоту балансировки 575 об/мин. То есть на этих оборотах ротора наименьшее влияние различных факторов. (состояния шеек, опор, и даже влажности воздуха)
В настройках прибора указываете каким способом будете убирать небаланс (снятием или прибавлением груза) по разным плоскостям. Плоскость может быть одна или две. Это зависит от длины ротора. К примеру, наш вентилятор можно было балансировать по одной плоскости. Но мы балансируем его совместно с полумуфтой на конце вала. Полумуфта имеет большое влияние на точность балансировки, потому выбираем две.
Первый пробный пуск определяет величину вибрации на опорах и выдает результат дисбаланса ротора. Если ротор в норме, можно прекратить балансировку. Когда ротор в норме, опытный оператор станка может определить и на ощупь по вибрациям опор. Я, на практике стремлюсь добиться минимальной вибрации по опорам, не обращая внимание на то, что дисплей выдает” РОТОР В НОРМЕ”. Потому, что как ремонтник, несу ответственность за качество ремонта всего механизма.
Какой пробный груз вешается на балансируемый ротор
Как крепить пробный или корректирующий груз к ротору
Кладём на весы пробный груз и как-то крепим, а как? Многие пользуются пластилином. Но при большой угловой скорости пластилин отлетает вместе с грузом. У нас в цехе вся стенка перед станком в следах от него. Вообще грузик может и в лоб прилететь при неосторожности. На роторах асинхронных электродвигателей удобно крепить на болт, добавляя к нему шайбы определенного веса. Хорошая идея иметь калиброванные магнитные груза для фиксации на стальных деталях. Кто-то пользуется бандажной лентой, но это не всегда удобно на рабочих колесах насосов. Я лично нашел:) а может и не только я:) способ крепления балансировочных грузов с помощью простого скотча. Показал станок точку крепления корректирующего груза-подбираю грузик, ставлю на колесо и обматываю колесо с грузом в несколько слоев скотчем. Этот дешевый материал никогда еще не подводил и никакого дополнительного влияния на ротор не оказывал.
Стоит ли продолжать балансировку при достижении нормы уравновешенности ротора?
На основании ГОСТа ИСО 1940-1-2007. Вибрация. Требования к качеству балансировки жестких роторов. Часть 1. Определение допустимого дисбаланса, мы должны выдать вентилятор с остаточным дисбалансом не более 10 г. Мм/кг. Допустим, я добился таких показателей и могу со спокойной душой отдать ротор в работу предоставив отчет. Но я вижу вибрацию на опорах 25-40 мкм. По норме вентилятор в сборе не должен выдавать после ремонта более 30 мкм. Конечно, он в свободных опорах, но…Я же знаю, что есть возможность уйти по вибрации за 10 мкм. Это займет естественно больше времени, но обеспечит нашей фирме бонус качественного ремонта.
Потому и продолжаю совершать дополнительные пуски и вешать или снимать болгаркой рекомендованные массы. Как и писал выше, прекращаю балансировку при вибрации ниже 10 мкм и дисбаланс довожу до 0,2-2 грамм. Такой ротор 100% будет работать ровно. Вибрацию, из-за влияния различных факторов (некачественные шейки вала, прогиба ротора и т.п.) не всегда удается снизить, это понимаешь, когда груз в пару грамм смещает точку установки грузов на большую величину, то есть дисбаланс сведен практически к нулю.
Любимый аттракцион после качественной балансировки раскрутить незакрепленную болванку в тонну весом на 1500 оборотов и показать заказчику как “шуршит” ротор.
Успехов вам в вашей работе коллеги.
Балансировка вращающихся частей
Балансировка вращающихся частей
Устанавливая промышленное оборудование, специалисты используют особые методы, про которых возможна детальная балансировка вращающихся частей.
Электрическая машина при хорошей балансировке ротора прослужит долго, её эксплуатация будет безопасна и надёжна. Если балансировка сделана правильно, то оси вращения и инерции ротора совпадают. Но иногда, например, вследствие ремонта, балансировка может нарушиться, появится вибрация. Это может привести к тому, что электродвигатель начнёт потреблять больше энергии, разрушатся подшипники. Важно вовремя определить момент дисбаланса. Явные его признаки – это повышение вибрации и появление шумов, которых раньше не было.
Режимы и особенности балансировки двигателя
Балансировку двигателя производится двумя способами: в статистическом и динамическом режимах.
В статистическом режиме используется специальный стенд. Это могут быть роликовые опоры, или цилиндрические стержни. Из-за того, что для проведения балансировки ротор нужно сначала демонтировать, а потом погрузить на стендовую поверхность, а по окончании процедуры вернуть на прежнее место, уходит много времени. Поэтому статистический режим больше подходит для плоских деталей, с небольшим по отношению к длине диаметром. Например, такой способ лучше использовать, чтобы произвести балансировку крыльчатки вентилятора в холодильнике или зубчатое колесо редуктора.
Кроме этого, точность работы будет полностью зависеть от поверхности деталей.
Динамический режим предполагает проведение балансировки в собственных опорах агрегата ротора. Такой способ хорош для быстровращающихся деталей таких, как вал водяного насоса, карданный вал или ротор турбокомпрессора. Это способ точнее, чем первый.
Для проведения балансировки в динамическом режиме существуют специальное оборудование. С его помощью можно проводить работу прямо на станках, балансировать горизонтальные или вертикальные роторы, а также многорежимные машины. Возможно выявление проблем, которые препятствуют выполнению работы.
Основные этапы балансировки электродвигателя
Не важно, каким способом производится балансировка, её этапы будут всегда одинаковыми:
Этапы замеры вибрации и расчета корректирующего угла могут повторяться, пока вибрация не станет приемлемой.
В результате грамотной балансировки снизится вибрация, потребление энергии, а вот срок службы составных частей и механизмов в целом продлится.
Правила эксплуатации электродвигателей
Чтобы продлить срок службы устройств с вращающимися частями, нужно соблюдать правила эксплуатации, а именно:
– своевременно выполнять балансировку,
– следить за состоянием и исправностью оборудования,
Следует отметить, что повышение вибрации вследствие смещения оси, приведёт к большим нагрузкам на весь двигатель.
Причины дисбаланса в работе электродвигателей
Когда же возникает дисбаланс и повышается вибрация вращающихся частей?
Обычно, это происходит после ремонта. Достаточно неосторожно задеть и сместить деталь или на долю миллиметра убрать закругление, ось вращения начнёт смещаться. Чем скорость прибора выше, тем сильнее будет вибрация и скорее наступит износ.
Чтобы промышленное оборудование, имеющее в своей конструкции вращающиеся части, реже ломалось, необходимо вовремя производить балансировку. Кроме этого, оно не должно перегружаться и быть исправным как в целом, так и отдельные вращающиеся механизмы. В следствии увеличения вибрации, создаётся дополнительная нагрузка и увеличивается потребление энергии.
Чтобы провести балансировку с наибольшей точностью, лучше обратиться к профессионалам.
Балансировка роторов в эксплуатационных условиях
1. Общие сведения о балансировке.
Единицы измерения дисбалансов и основные понятия технологии балансировки определяются в ГОСТ 19534-74 «Балансировка вращающихся тел. Термины».
Дисбалансом называют векторную величину, равную произведению неуравновешенной массы на ее расстояние до оси ротора е (эксцентриситет).
Ротором называют любую деталь или сборочную единицу, которая при вращении удерживается своими несущими поверхностями в опорах. Под несущими поверхностями подразумеваются поверхности цапф или поверхности их заменяющие. Несущие поверхности ротора передают нагрузки на опоры через подшипники качения или скольжения. В некоторых случаях применяются газовые или жидкостные подшипники, магнитные или электрические подвесы и т.д.
Роторы бывают следующих видов
Для того, чтобы ротор был уравновешен, необходимо и достаточно, чтобы ось вращения ротора проходила через его центр масс (ecт = 0). и чтобы ось вращения ротора совпадала с одной из его главных осей инерции, т. е. чтобы были равны нулю его центробежные моменты инерции. При вращении ротора вокруг оси, не совпадающей с главной центральной осью инерции, он становится неуравновешенным. Неуравновешенность — это состояние ротора, характеризующееся таким распределением масс, которое во время вращения вызывает переменные нагрузки на опорах ротора и его изгиб. Мерой неуравновешенности считают дисбаланс D. Для сопоставления роторов различных масс вводят удельный дисбаланс, численно равный эксцентриситету: ecт = D / mp
Балансировка состоит из определения значений и углов дисбалансов ротора и уменьшения их корректировкой массы ротора. Действие дисбалансов на ротор можно снижать или устранять путем добавления, уменьшения или перемещения одной корректирующей массы (или более), создающей дисбаланс такого же значения, что и у неуравновешенного ротора, но с углом дисбаланса 180° относительно дисбаланса ротора.
Для уменьшения дисбалансов ротора используются так называемые корректирующие массы, которые могут удаляться из тела ротора, добавляться к нему, а также перемещаться по ротору. Корректирующую массу удаляют по показаниям балансировочного оборудования различными технологическими методами.
Различают дисбалансы начальный — до корректировки масс, остаточный — после корректировки масс, допустимый — приемлемый по условиям эксплуатации машин, удельный — отношение модуля главного вектора к массе ротора.
Различают балансировку статическую (силовую), моментную и динамическую (моментно-силовую).
Количество плоскостей балансировки определяется с учетом конструктивных особенностей ротора балансируемой машины.
Балансировка в одной плоскости («статическая») обычно выполняется для узких дискообразных роторов, не имеющих существенных осевых биений. Типичными примерами роторов этого класса являются:
Балансировка в двух плоскостях («динамическая») выполняется для длинных (валообразных)двухопорных роторов.
Типичными примерами роторов этого класса являются:
Как правило, балансировка машины выполняется непосредственно на месте ее установки.
Балансировку обычно проводят на рабочей скорости вращения ротора. При этом в случае, когда применяется привод с возможностью изменения скорости, целесообразно выбирать наивысшую рабочую скорость вращения.
Исключением являются случаи, когда скорость ротора попадает в один из диапазонов резонанса машины. Признаком этого является отличие (более чем на 10-20%) результатов измерений по амплитуде и/или фазе от пуска к пуску. В случае выявления резонанса необходимо изменить скорость вращения ротора, а если такая возможность отсутствует — изменить условия установки машины на фундаменте (например, временно установив ее на упругие опоры).
ВНИМАНИЕ! При выборе скорости вращения ротора при балансировке необходимо избегать попадания в диапазоны резонансов машины.
В качестве точек измерения вибрации выбирают преимущественно подшипниковые опоры или плоскости опор.
При балансировке в одной плоскости достаточна одна точка измерения.
При балансировке в двух плоскостях необходимо иметь две точки измерения.
Плоскости коррекции, в которых осуществляется съем (установка) корректирующих масс на роторе, должны выбираться как можно ближе к точкам измерения. В случае балансировки в двух плоскостях коррекции расстояние между плоскостями должно выбираться как можно более большим.
Массу пробного груза выбирают такой, чтобы его установка на роторе приводила к заметным изменениям уровня вибрации. В противном случае масса пробного груза должна быть увеличена.
Датчик вибрации может устанавливаться в точке измерения при помощи:
Датчик фазового угла может устанавливаться на корпусе машины при помощи специального приспособления (например, магнитной стойки или струбцины)и должен быть ориентирован по нормали к цилиндрической или торцевой поверхности ротора. На поверхности ротора при помощи мела, клейкой ленты и т.п., наносится метка для отсчета фазового угла.
Для изготовления отражающей метки в комплект поставки прибора включены клейкая зеркальная отражающая лента или клейкая катафотная отражающая лента. Катафотную ленту рекомендуется использовать для более жестких условий работы датчика (повышенный зазор, засветка внешними источниками светового излучения).
Зазор между чувствительным элементом датчика и вращающейся поверхностью ротора для лазерного датчика фазового угла должен устанавливаться в пределах 80 — 300 мм.
За один оборот ротора фазовый датчик должен сработать только один раз!
С учетом опыта практического применения рекомендуемая ширина метки не должна быть не меньше 1 — 1.5 см.м.
Для миниатюрных роторов с радиусом установки метки менее 10 мм рекомендуется использование более узкой метки. При этом желательно проведение экспериментальной проверки правильности выбора ширины метки.
ВНИМАНИЕ! При использовании датчика фазового угла во избежание помех желательно избегать попадания прямых солнечных лучей или яркого искусственного освещения на отражающую метку и/или чувствительный элемент (фотодиод) датчика.
Последовательность действий при проведении балансировки
Балансировка производится для технически исправных механизмов, качественно закрепленных на своих штатных местах. В противном случае перед проведением балансировки механизм должен быть отремонтирован, установлен в исправные подшипники и закреплен. Ротор механизма должен быть очищен от загрязнений, мешающих проведению балансировки.
Перед проведением измерений, выбирают места установки и устанавливают датчики вибрации и фазы согласно приведенным выше рекомендациям.
Перед проведением балансировки рекомендуется провести измерения в режиме виброметра (кнопка F5 )
Если величина суммарной вибрации V1s(V2s) примерно совпадает с величиной оборотной составляющей V1o(V2o), то можно предположить, что основной вклад в вибрацию механизма вносит дисбаланс ротора. Если величина суммарной вибрации V1s(V2s) значительно превышает оборотную составляющую V1o(V2o), рекомендуется провести обследование механизма — проверить состояние подшипников, надежность крепления на фундаменте, отсутствие задевания ротора за неподвижные части при вращении, влияние вибрации других механизмов и т.д.
Здесь может оказаться полезным изучение графиков временной функции и спектра вибрации, полученных при измерении в режиме «Графики-Спектральный анализ».
На графике можно видеть на каких частотах уровни вибрации максимальны. Если эти частоты отличаются от частоты вращения ротора балансируемого механизма, то следует попытаться определить источники этих составляющих вибрации и принять меры к их устранению перед проведением балансировки..
Также следует обратить внимание на стабильность показаний в режиме виброметра — величина амплитуды и фазы вибрации не должны меняться более чем на 10-15% в процессе измерения. В противном случае, может оказаться, что механизм работает близко к области резонанса. В этом случае необходимо изменить скорость вращения ротора, а если такая возможность отсутствует — изменить условия установки машины на фундаменте (например, временно установив ее на упругие опоры).
После этого программа рассчитывает и указывает на экране массы и места (угол) установки корректирующих грузов. При балансировке в одной плоскости (статической) третий пуск не производится. Пробный груз устанавливается в произвольном месте на роторе, где это удобно и затем фактический радиус установки вносится в программу.
(Радиус установки используется только для расчета величины дисбаланса в грамм* мм и для самой балансировки не требуется.)
Важно!
Измерения должны проводиться на установившейся скорости вращения механизма!
Важно!
Корректирующие грузы должны устанавливаться на тот же радиус, что и пробные!
Масса пробного груза подбирается из тех соображений, чтобы после его установки заметно ( > 20-30 градусов ) изменялась фаза и ( на 20-30 %) амплитуда вибрации. Если изменения будут слишком маленькие, то сильно возрастает погрешность при последующих расчетах. Удобно устанавливать пробные грузы в то же место (на тот же угол), что и метка.
Важно!
После каждого пробного пуска пробные грузы снимаются! Корректирующий груз устанавливается на рассчитанный угол от места установки пробного груза по направлению вращения ротора!
Рекомендуется!
Перед проведением балансировки с использованием прибора, рекомендуется убедиться в отсутствии значительной величины статического дисбаланса. Для этого, для роторов с горизонтальным расположением оси, можно вручную повернуть ротор на угол 90 градусов от текущего положения. Если ротор статически разбалансирован, то он будет поворачиваться в положение равновесия. После того как ротор займет положение равновесия, необходимо установить уравновешивающий груз в верхней точке примерно в средней части ротора по длине. Массу груза следует подобрать таким образом, чтобы ротор оставался неподвижным в любом положении. Подобная предварительная балансировка позволит уменьшить величину вибрации при первых пусках сильно несбалансированного ротора.