Балансировка является важной технической процедурой как при сборке новой турбины, так и в процессе эксплуатации турбинного оборудования. При вращении ротора происходит естественный износ опорных поверхностей вала ротора, что приводит к постепенному смещению центра масс – дисбалансу, который в идеальном случае должен находиться на оси вращения ротора. Способствуют появлению дисбаланса и сопутствующих вибраций неэффективная смазка и дефекты подшипников, нарушение технологических режимов работы, сбои в системе автоматики и управления. Также ускоряют возникновение дисбаланса турбины эффекты кавитации и помпажа.
В результате снижается производительность всей установки. Все это сопровождается повышением уровня шума и постепенным увеличением вибраций с далеко идущими отрицательными перспективами, если вовремя не выполнить балансировку ротора.
Как проходит балансировка ротора
Процесс балансировки заключается в уравновешивании распределенных масс ротора, вращающегося на испытательных опорах или в рабочих подшипниках. Балансировка бывает статической и динамической. На этапе статической балансировки ротора и других вращающихся деталей турбины происходит выравнивание центра масс в направлении оси вращения, чтобы минимизировать биения при вращении ротора и устранить вибрации всей турбины. Статическая балансировка выполняется на специальном оборудовании (стендах).
Статическая балансировка
Общий алгоритм балансировки заключается в выявлении имеющегося вектора смещения центра масс, который укажет точку на внешней окружности ротора. Ротор со статическим дисбалансом, установленный в подшипниках на опоры, поворачивается «тяжелой точкой» вниз под действием силы тяжести.
После установки на противоположной этой точке стороне ротора дополнительных грузов происходит уравновешивание и смещение центра масс в направлении оси вращения. Для полноценной балансировки может потребоваться установка нескольких грузов в разных местах, их масса подбирается опытным путем. При этом добиваются минимального отклонения центра масс, соответствующего допуску по ГОСТ.
Перемещение, добавление или удаление корректирующих грузов может производиться наплавкой, наваркой, завинчиванием или вывинчиванием специальных винтов. Альтернативным вариантом является точечное сверление или фрезерование избыточной массы по окружности ротора в отдельных точках, указываемых вектором смещения центра масс.
По завершении статической балансировки ротора, он будет способен занимать устойчивое положение в любой позиции при обороте на 360 градусов.
Динамическая балансировка
Для такого крупногабаритного оборудования как турбина распространённой проблемой является дисбаланс, появившийся уже после установки предварительно статически сбалансированного ротора и сборки турбины. Динамическая балансировка предполагает измерение параметров виброустойчивости ротора в эксплуатационном режиме. Динамический дисбаланс на вращающемся роторе проявляется из-за смещенных вдоль оси вращения центров масс, что может вызываться неоднородностью материала ротора, неравномерным износом лопаток, налипанием инородных тел в процессе эксплуатации и другими причинами.
Для выявления и устранения возможных проблем в рабочем режиме выполняется динамическая балансировка собранных механизмов, вращающихся на собственных опорах (подшипниках). При этом измерения выполняются на стандартных скоростях вращения с использованием специализированных измерительных приборов и закрепляемых на роторе датчиков.
По результатам измерений определяется уровень вибрации, рассчитывается масса и угол установки корректирующих грузов. После установки грузов выполняется повторное измерение вибрации и при необходимости дополнительная корректировка баланса грузами.
Динамическая балансировка выполняется как после сборки нового оборудования или ремонта турбины, так и в качестве меры профилактики на работающем оборудовании. Своевременно выполненная балансировка ротора турбины позволяет:
- понизить уровень вибрации и продлить срок эксплуатации отдельных узлов и деталей турбины;
- сократить энергетические потери и повысить производительность турбины;
- предотвратить возможные впоследствии поломки и аварии.
Вовремя выполненная балансировка ротора – залог долгой и производительной работы турбины.