Молочек В.А. Ремонт паровых турбин

Подождите немного. Документ загружается.

вающие грузы, и чем на большем радиусе по оси

вращения расположены эти грузы, тем они могут

быть меньше

10.5. СТАТИЧЕСКАЯ

БАЛАНСИРОВКА.

В ремонтной практике на электростанциях

производится статическая балансировка от-

дельных частей ротора (диски, полумуфты и др.)

перед их посадкой на вал после ремонта.

На рис 10.7, а показана схема статической

балансировки диска с осью вращения АВ. На схе-

ме в нижней части диска условно показан некото-

рый груз М, расположенный на расстоянии R от

оси АВ, для устранения неуравновешенности, вы-

званной этим грузом, необходимо снять с тяже-

лой стороны диска излишек металла весом М или

же поместить на противоположной стороне груз

М', который уравновесит вес М (рис 10.7, б). Это

состояние равновесия может быть достигнуто при

условии

M'R'=MR.

Рисунок 10.7. Схема статической балансировки не-

уравновешенного однодискового ротора.

Таким образом, процесс статической ба-

лансировки заключается в нахождении величины

M’R' и устранении неуравновешенности путем

добавления или снятия соответствующего веса М'

на расстоянии R' от оси вращения.

При практической проверке статической

неуравновешенности диск, подлежащий ба-

лансировке и снятый с вала, предварительно дол-

жен быть очищен от ржавчины и окалины, а его

лопатки—от налета накипи. После очистки диск

насаживается с натягом 0,01— 0,05 мм на специ-

ально изготовленную из стали Ст4 или Ст5 зака-

ленную оправку (рис 10.8). После обработки и

шлифовки на токарном станке оправка не должна

иметь овальности, конусности, рисок, забоин и ее

биения по индикатору не должны превышать

0,01 мм.

Рисунок 10.8. Станок для статической балансировки

диска, посаженного на оправку. 1 — диск, 2 — оправка,

3 — ножи-призмы.

Для насадки диск нагревается до темпера-

туры 100° С. Только высокая точность изготов-

ления оправки и насадки диска обеспечивает на-

дежность центрирования диска. Незначительный

перекос может вызвать дополнительное к неба-

лансу перемещение центра тяжести диска, вслед-

ствие чего добиться правильного уравновешива-

ния будет невозможно; для компенсации отсутст-

вующей в диске шпонки шпоночная канавка дис-

ка должна быть закрыта временно установленной

шпонкой по размеру канавки и весу, равному по-

ловине веса шпонки.

Укрепленный в оправке диск устанавли-

вается на параллельные строго выверенные точ-

ным уровнем в горизонтальной плоскости сталь-

ные ножи-призмы (допустимое отклонение не

более 0,02 мм), имеющие закаленные и тщательно

отшлифованные рабочие поверхности.

Размеры призм могут быть определены по

следующим формулам:

1) длина призм l=(2-2,5)πd, где d—диаметр

шейки оправки, определяемый по конструктив-

ным соображениям;

2) ширина закаленной рабочей поверхно-

сти призм b=0,35GE/dσ

; где G—вес, приходя-

щийся на призму, кг; Е— модуль упругости

(E=2,1*10

кг/см

); σ—допускаемое напряжение

на сжатие (для закаленной поверхности

σ=2*10

—3•10

кг/см

). Ширина закаленной ра-

бочей поверхности призм может быть также вы-

брана в зависимости от веса балансируемого дио-

ка по следующей таблице:

Вес диска,

кг

До 500

500-

1000

1000—

2000

2000—

6000

Ширина

призмы, мм

2-3 3—6 6—10 10—30

При установке диска на балансировочном

станке все усилия должны быть направлены к

111

тому, чтобы уменьшить действие инерции диска и

трения между шейками вала и ножами при каче-

нии диска, которые определяют чувствительность

балансировки. Призмы должны быть поставлены

на достаточно массивные и жесткие опоры, кото-

рые не прогнутся под действием веса диска, а

сами опоры установлены в зоне, не подверженной

вибрациям и сотрясениям. На концах призм

должны быть поставлены упоры для предохране-

ния от скатывания балансируемой детали со стан-

ка.

Если диск имеет явный небаланс, то от

легкого толчка оправка с насаженным диском

покатится по призмам и остановится в поло-

жении, когда его небаланс (тяжелая сторона) бу-

дет расположен внизу.

Величина груза, необходимого для устра-

нения небаланса, определяется путем подбора; на

диск ближе к периферии, со стороны, противопо-

ложной небалансу, прикрепляются кусочки воска

или замазки, после чего каждый раз диск прока-

тывается по призмам. Подобные операции проде-

лываются до тех пор, пока диск перестанет оста-

навливаться в одном и том же положении — «тя-

желым» местом вниз. Прокатывание диска на

призмах приходится повторять по нескольку раз,

чтобы убедиться в правильности найденных по-

ложений небаланса и величины уравновешиваю-

щего груза.

Когда величина груза в виде воска, при-

клеенного в определенной точке диска (груз G),

приводит к устранению явной неуравно-

вешенности диска на призмах, необходимо устра-

нить остаточную неуравновешенность (скрытый

дисбаланс), величина которой определяется не-

чувствительностью станка из-за наличия трения.

Для нахождения этой неуравновешенности

окружность диска разбивается на шесть — восемь

частей (рис 10.7, в); точки делений отмечаются

порядковыми номерами. Оправка с диском пере-

катывается на призмах так, чтобы каждая точка

по направлению поворота всегда совпадала с на-

правлением рабочего вращения диска и пооче-

редно проходила через горизонтальную ось диска

АВ. В этом положении для каждой точки подби-

рается такой груз, чтобы под его действием диск

повернулся на один и тот же небольшой угол

(20—30°). Когда в указанную горизонтальную

плоскость придет искомая неуравновешенная

масса диска, то для поворота диска в этом случае

понадобится наименьший из всех грузов.

Для примера на рис. 10.7,в принято что в

точке 1 для указанного выше положения при-

шлось поместить груз т

. После этого груз m1

снимается и производится поворот диска так,

чтобы противоположная точка 5 заняла место

точки 1 (рис. 107, г). В точке 5 укрепляется груз

, который поворачивает диск на тот же угол.

При известных т

и m

нетрудно подсчи-

тать вес неуравновешенной массы диска М, а сле-

довательно, и необходимого груза М' из выраже-

ния

MR+m

r=m

r— MR, откуда MR=(m

-m

)*r/2.

Так как состояние равновесия достигается

при условии M'r==MR, то M’=MR/r=(m

-m

)/2.

Такой груз надо добавить в точке 5 или

снять в точке 1.

Ранее найденный временный груз G и груз

М' заменяются одним уравновешивающим грузом

К, величина которого и место закрепления уста-

навливаются путем геометрического сложения G

и М' с учетом расстояний их от оси и их размеще-

ния на диске.

Небольшая неуравновешенность диска мо-

жет быть устранена путем снятия металла (не бо-

лее 200 г) с тяжелой стороны (со стороны неба-

ланса); на найденном расстоянии от оси вращения

снимается количество металла, соответствующее

весу груза К. После снятия металла таким же спо-

собом следует еще раз проверить правильность

балансировки диска

Снятие металла с торцевой поверхности

диска не должно снижать его прочности; для

уменьшения влияния подобной операции на сни-

жение прочности диска металл должен сниматься

с большой осторожностью и на большой поверх-

ности торца диска путем соскабливания (шабров-

ки) металла шабером или, не допуская нагрева

диска, наждачным кругом, поверхность, с кото-

рой снимался металл, должна быть отшлифована

и не иметь рисок, острых углов и царапин. Ни в

коем случае нельзя производить сверления отвер-

стий в дисках с целью снятия лишнего груза.

Диск, снятый с вала для облопачивания,

после демонтажа старых лопаток, тщательной

очистки и подготовки к набору новых лопаток,

подлежит статической балансировке; найденная

при этом величина небаланса должна быть учтена

при распределении новых лопаток на диске, ло-

патки с большим моментным весом устанавлива-

ются на той стороне диска, где они компенсируют

указанный небаланс. После окончания всех работ

по переоблопачиванию диск вторично прокатыва-

ется на призмах для проверки и окончательной

балансировки.

10.6. ДИНАМИЧЕСКАЯ

БАЛАНСИРОВКА.

Задачей динамической балансировки явля-

ется определение места расположения и вели-

чины грузов, которые, будучи прикреплены к ба-

лансируемому ротору в плоскостях, поперечных

его оси, вызовут в роторе добавочные центробеж-

ные силы, равные и противоположные по направ-

лению центробежным силам, создающим неурав-

новешенность ротора.

Все применяемые в настоящее время мето-

ды динамической балансировки могут быть све-

дены к двум принципиально отличным видам,

основанным на вращении балансируемого ротора:

1) на специальных балансировочных станках с

гибкими опорами (качающимися, пружинными,

маятниковыми) при пониженном числе оборотов

(150—300 об/мин); и 2) на своих подшипниках в

собранном турбоагрегате при рабочем числе обо-

ротов.

Балансировка роторов на низкооборотных

станках с использованием двух плоскостей ротора

для установки уравновешивающих грузов дает

112

удовлетворительные результаты при балансиров-

ке жестких роторов. Балансировка гибких рото-

ров, т.е. работающих выше первой критической

скорости, должна производиться в собственных

подшипниках при рабочем числе оборотов, так

как при малой скорости вращения еще не прояв-

ляется гибкость роторов.

Характер колебаний гибких роторов по

сравнению с характером колебаний жестких ро-

торов имеет существенные качественные от-

личия. Чтобы обеспечить прохождение гибким

ротором критической скорости и достичь работы

без вибрации на нормальных оборотах необходи-

мо балансировать такой ротор по специальной

методике в нескольких плоскостях (с учетом из-

менения формы упругой линии) и производить

эту балансировку при условиях, аналогичных

эксплуатационным.

При балансировке гибких роторов на стан-

ках нет указанных условий и отсутствует воз-

можность определить распределение небаланса

вдоль оси ротора, поэтому балансировка гибкого

ротора на пониженных оборотах не обеспечивает

его уравновешенности на рабочих оборотах. Гиб-

кие роторы могут балансироваться на станках

только для устранения значительной неуравно-

вешенности, когда балансировка в собственных

подшипниках на рабочих оборотах без этой пред-

варительной балансировки может вызвать недо-

пустимую вибрацию агрегата (после замены на

роторе генератора обмотки, клиньев или бандаж-

ных колец).

Перед рассмотрением вопросов динамиче-

ской балансировки следует еще остановиться на

особенностях балансировки на станках одноопор-

ных роторов, таких как ротор высокого давления

турбины К-200-130. Для балансировки таких ро-

торов в качестве второй опорной шейки следует

использовать любое другое свободное место

вблизи конца вала и только в случае, если это не

представляется возможным, изготовляется над-

ставка вала с шейкой и полумуфтой. Длина над-

ставки, размеры полумуфты и шейки вала долж-

ны соответствовать размерам прилегающей части

вала ротора среднего давления; кроме того, перед

присоединением к ротору высокого давления

надставка с насаженной полумуфтой должна быть

статически отбалансирована, а соединительные

болты муфты подобраны по весу.

После присоединения надставки необходи-

мо индикаторами проверить отсутствие биения

конца вала с надставкой при его укладке на под-

шипники балансировочного станка. В остальном

балансировка одноопорного ротора производится

методами, описанными ниже для двухопорных

роторов

10.7. БАЛАНСИРОВКА РОТОРОВ

НА СТАНКАХ.

Сущность балансировки на станках с гиб-

кими опорами заключается в том, что в на-

меченных плоскостях I и II, перпендикулярных

оси вращения и расположенных на концах ротора

(рис. 10.9), выявляются при вращении, а затем

устраняются действующие моменты центробеж-

ных сил, вызванных неуравновешенными масса-

ми. Для этого балансирусмый ротор устанавлива-

ется на одной гибкой и одной жесткой опорах.

При вращении центробежные силы неуравнове-

шенных масс стороны ротора, имеющей одну

степень свободы и поворачивающейся вокруг

жесткой опоры, оказывают динамическое воздей-

ствие на гибкую опору и вызывают ее колебания

(вибрацию)

Замеры амплитуд колебаний ротора в пло-

скости I, производимые с помощью таких про-

стых виброизмерительных приборов, как ме-

ханические индикаторы, дают возможность с дос-

таточной точностью определить величину урав-

новешивающего груза и место его приложения в

балансируемой плоскости.

Рисунок 10.9. Схема балансировочного станка.

1-ротор, 2— подшипник (жесткая опора), 3—пружины

(гибкая опора); Iи II—балансировочные плоскости.

Практически определение места приложе-

ния уравновешивающего груза производится по

изменению амплитуды колебаний, которая при

определенных скоростях почти пропорциональна

величине небаланса и является основным внеш-

ним показателем степени неуравновешенности, а

величина уравновешивающего груза—по ампли-

туде колебаний и весу пробного груза. Плоско-

стями I и II (плоскостями коррекции) обычно яв-

ляются первый и последний диски ротора, где

обычно заводами для установки уравновешиваю-

щих грузов протачиваются специальные канавки

в виде ласточкиного хвоста (см. рис. 10.18).

После отбалансирования одной стороны

ротора жесткая и гибкая опоры меняются местами

и, аналогично первой стороне, ведется баланси-

ровка второй стороны ротора.

Для повышения чувствительности станка и

точности замеров балансировка на станках при

пониженных оборотах ведется на резонансных

режимах, которые вызывают максимальное уве-

личение амплитуд колебаний при одной и той же

неуравновешенности.

Положительной стороной использования

резонансных режимов является и то, что при этом

система станка нечувствительна ко всяким дру-

гим посторонним вибрациям, частота которых

отличается от принятых для балансировки резо-

нансных частот. Эти резонансные обороты (час-

тоты) соответствуют числу свободных 'колебаний

стоек станка с подшипниками и вращающимся в

них ротором и их не следует смешивать с крити-

ческими оборотами ротора, которые соответст-

вуют числу свободных колебаний самого ротора.

Амплитуда колебаний опор зависит не

только от неуравновешенности ротора и режима

113

работы, но и от упругих свойств опор. Повыше-

ние гибкости опор снижает собственную частоту

колебаний станины станка, что приводит к резо-

нансным колебаниям при небольшом числе обо-

ротов ротора и дает более интенсивное нараста-

ние амплитуд колебаний при одной и той же не-

уравновешенности. Отсюда следует, что путем

повышения гибких свойств опор можно повы-

шать точность динамической балансировки рото-

ра.

К числу балансировочных станков, приме-

няемых для динамической балансировки роторов

турбин на пониженных оборотах и получивших

наибольшее применение на электростанциях, от-

носятся: 1) станки с качающимися на плоских

опорах подшипниками, 2) станки с подшипника-

ми, установленными на двух свободно лежащих

параллельных балках, расположенных на приз-

мах; 3) станки с упругими прокладками под под-

шипниками; 4) станки с маятниковой подвеской

опор.

Балансировочные станки с качающимися

подшипниками имеют своей основной частью

массивные сварные стальные козлы (рис. 10.10).

Рисунок 10.10. Станок для динамической балансировки роторов на качающихся подшипниках.

1—ротор, 2—козлы; 3—привод, 4—индикатор, 5—бачок для масла; 6—регулировочные болты;

7-качающиеся подшипники, 8 — уголки для стопорных болтов; 9 — стопорные болты.

Верхние опорные плиты козел должны

иметь гладкую шаброванную по контрольной

плите поверхность шириной не менее 250 мм,

тщательно выверенную в горизонтальной пло-

скости.

На каждую из опорных плит козел уста-

навливается корпус подшипника. Этот корпус

имеет в своей нижней части башмак с цилин-

дрической опорной поверхностью, которой он

опирается на плиту козла. Для закрепления под-

шипника с двух его сторон устанавливаются

уголки, имеющие стопорные болты.

Конструктивные размеры козел, корпусов

подшипников и башмаков и детальное описание

других элементов балансировочного станка на

качающихся подшипниках изложены в техниче-

ской литературе.

Балансировочный станок на качающихся

опорах является одним из наименее чувстви-

тельных станков, вследствие наличия в нем тре-

ния качения и возможности загрязнения поверх-

ности качения.

Принципиальная схема и конструктивное

оформление станка на упругих балках показаны

на рис. 10.11. Станок состоит из двух сварных

козел, расположенных перпендикулярно к оси

ротора; на козлы устанавливаются ролики и на

ролики укладываются две стальные швеллерные

вибрационные балки с жестко закрепленными на

них специальными подшипниками с баббитовой

заливкой.

Для ограничения продольных и попереч-

ных перемещений вибрационных балок пре-

дусмотрены направляющие и нажимные винты,

обеспечивающие свободу продольного пе-

ремещения до 2—3 мм и препятствующие каким-

либо перемещениям в поперечном направлении.

Для закрепления вибрационных балок во время

разгона ротора и освобождения балки при изме-

рении размаха колебаний на балансируемой сто-

роне, служит специальное зажимное приспособ-

ление, которое состоит из клина с односторонним

конусом (ширина не менее 100 мм), двух роликов

диаметром 50—60 мм, упорной буквы со специ-

альной шайбой и нажимного винта.

После разгона ротора и отключения при-

водного электромотора индикатором произ-

водятся измерения амплитуды колебаний осво-

божденной балки, величина которой зависит от

неуравновешенных сил, действующих на под-

шипник.

114

Рисунок 10.11. Станок для динамической балансировки роторов на упругих балках. а—принципиальная схема; б—

конструкция станка. 1— опорные ролики, 2 — направляющие и нажимные винты, 3 — маслосборное корыто; 4—

подшипники; 5-индикатор; 6—вибрационная балка (швеллер), 7 — зажимное приспособление 8— упорная букса,

9 — ролик верхний, 10 — клин, 11— ролик нижний, 12 — регулировочные болты.

Размеры вибрационных балок и козел под-

бираются в зависимости от веса балансируемого

ротора, его габаритов и из расчета получения ре-

зонансного числа оборотов в пределах от 300 до

600 об/мин; для легких роторов резонансное чис-

ло оборотов следует выбирать ближе к 600

об/мин, а для тяжелых — ближе к 300 o6/мин.

Статический прогиб балки, свободно лежа-

щей на двух опорах, определяется из формулы

δст=(Pa

)/3εIl; где а и Ь — отрезки, определяю-

щие положение опоры ротора на балке; l—длина

балки между опорами; εI—жесткость балки на

изгиб; ε—модуль упругости материала балки,

равный 2*10

кг/см

; I—момент инерции сечения

балки, принимаемый по справочным таблицам, в

зависимости от номера швеллера, выбранного для

вибрационной балки.

Собственная частота колебаний упругой

опоры определяется по формуле

Этой частоте соответствует число оборотов

n=60*Po.

Из этих формул видно, что изменение соб-

ственной частоты колебаний опоры, а, следо-

вательно, повышение или понижение резо-

нансного числа оборотов, увеличение или умень-

шение амплитуды колебаний может быть получе-

но либо за счет изменения упругих свойств балки,

либо за счет изменения длин отрезков а и b и

длины пролета l. Такое регулирование дает широ-

кую возможность настройки станка на желатель-

ный резонансный режим.

Рисунок 10.12. Опорный чугунный блок балансиро-

вочного станка на резиновых подкладках. 1—чугунный

блок, 2— резиновые прокладки, 3 — угольник, 4—

упорный болт для зажима блока; 5—индикатор, 6—

штатив индикатора.

Динамическая балансировка на свободно

лежащих балках дает хорошие результаты и име-

ет преимущества перед балансировкой на качаю-

щихся подшипниках благодаря, во-первых, про-

стоте устройства, что требует меньших затрат на

изготовление и меньшего времени на монтаж и

наладку станка; во-вторых, меньшему влиянию на

точность балансировки качества сборки и уста-

новки станка, а также подгонки подшипников и

загрязнений и, в третьих, более высокой чувстви-

тельности станка, так как в нем отсутствует тре-

ние качения.

Основным недостатком станков этого типа

является то, что для повышения чувствительности

станка при выборе сечений вибрационных балок

приходится допускать напряжения близкие к пре-

делу текучести. Во избежание остаточных дефор-

маций приходится при обходе пробным грузом

ротора балку подпирать зажимным устройством

через резиновую прокладку. После определения и

установки уравновешивающего груза и значи-

тельного снижения таким путем имеющейся не-

уравновешенности производится повторная ба-

лансировка с обходом груза при балке, освобож-

денной от зажимного устройства.

Балансировочный станок, в котором в ка-

честве упругих элементов применяются рези-

новые прокладки (рис. 10.12), состоит из двух

чугунных блоков, несущих опорные подшипники

и установленных каждый на четыре резиновые

прокладки (обычно размером 150x100x30 мм).

Расположение этих прокладок под каждым под-

шипником должно быть симметричным относи-

тельно продольной оси ротора, а также продоль-

ной и поперечной осей вкладышей подшипников.

Чем больше площадь прямоугольника, по углам

которого будут расположены резиновые проклад-

ки, тем устойчивее будет работать балансировоч-

ный станок.

Для закрепления с каждой стороны чугун-

ного блока устанавливаются угольники с упор-

ными болтами. Чугунные блоки на резиновых

прокладках при отжатых болтах приходят в коле-

бательное состояние при вращении на них не-

уравновешенных роторов. Эти колебания заме-

ряются индикатором, укрепленным на специаль-

ном штативе и упирающимся своей ножкой в

корпус подшипника на уровне вкладыша.

Размер резиновых прокладок, устанавли-

ваемых под чугунные корпуса, зависят от упругих

свойств резины, веса ротора, опор и определяют-

ся опытным путем. Подбор производится так,

чтобы резонансное число оборотов для роторов

весом до 20 т находилось в пределах

250—300 об/мин и для роторов более тяжелых—

до 150 об/мин. Поднять резонансное число оборо-

тов можно или уменьшением площади прокладок

(т.е. повышением удельного давления на про-

кладки), или уменьшением толщины прокладок.

Последняя определяется после установки на про-

кладки корпусов подшипников с ротором. Если в

связи с неравномерным распределением веса под-

лине ротора по обеим сторонам ротора получа-

ются разные резонансные числа оборотов при

освобождении соответствующих подшипников,

необходимо под подшипник, несущий более тя-

желую часть ротора, подкладывать большее чис-

ло резиновых прокладок (шесть вместо четырех)

или увеличивать площадь каждой из них, с тем

чтобы привести резонансные обороты на обоих

концах ротора к одному уровню.

Преимуществом балансировочного станка

на резиновых прокладках является его простота; к

числу недостатков относятся сравнительно малая

чувствительность станка и затруднения в на-

стройке на резонанс, что связано также с неодно-

родными упругими свойствами резиновых про-

кладок.

Одним из наиболее чувствительных явля-

ется маятниковый балансировочный станок с

подвеской подшипников на плоских пружинах,

разработанный предприятием Мосэнергоремонт

(рис. 10.13). Станок состоит из опорной сварной

конструкции, опирающейся на регулировочные

болты, которыми устанавливается положение ро-

тора по высоте и по уровню.

На этом станке балансируемый ротор, вра-

щающийся в подшипниках, лежащих на пру-

жинных подвесках, работает по принципу ма-

ятника.

Вращение неуравновешенного ротора со

скоростью, равной собственной частоте коле-

баний маятниковой системы, вызывает резо-

нансные колебания; при этих колебаниях про-

изводятся замеры их амплитуды и определяются

величина и место небаланса ротора.

Указанные станки, которые электростан-

ции обычно изготовляют в собственных механи-

ческих мастерских, должны устанавливаться на

площадках, доступных для обслуживания мосто-

вым краном и имеющих прочное и жесткое осно-

вание, не испытывающее вибрационных воздей-

ствий эксплуатируемых в цехе агрегатов. Напри-

мер, для балансировки роторов турбины К-200-

130 установка станка производится на площадке,

не имеющей подвального помещения и допус-

кающей удельную нагрузку 8—10 т/м

Рисунок 10.13. Маятниковый балансировочный станок

с подвеской подшипников на плоских пружинах.

1 — ротор; 2 — подшипник, 3 — плоские пружинные

подвески, 4 — зажимные винты, 5 — бачок для масла,

6 — регулировочные болты.

Для регулирования по высоте козлы имеют

по четыре отжимных установочных болта, по-

зволяющих производить выверку так, чтобы по-

ложение опор под подшипники (верхние поверх-

ности козел в двух осях—вдоль и поперек оси

вала), измеренное по точному уровню, было стро-

116

го горизонтальным; необходимо проверять, чтобы

все четыре отжимных болта были нагружены.

В местах, где расположены отжимные бол-

ты, под козлы кладутся стальные подкладки оди-

наковых размеров (150х150х10 мм), чтобы от-

жимные болты не упирались непосредственно в

бетонный пол машинного цеха, а под пластины

подкладываются резиновые прокладки толщиной

5—6 мм для изоляции станка от посторонних

вибраций.

Расточка и шабровка вкладышей качаю-

щихся подшипников после заливки их баббитом

должна обеспечить вращение вала с нор-

мальными зазорами между его шейками и вкла-

дышами. К подготовке внутренних поверхностей

вкладышей предъявляются те же технические

требования, которые предъявляются к штатным

подшипникам турбины; для обеспечения нор-

мальной работы масляного клина пришабровка

вкладышей производится по шейкам ротора с ох-

ватом шеек до 30— 40° С, с боковыми зазорами,

равными 0,002 от диаметра шеек, и с масляными

карманами, выполняемыми с обеих сторон вкла-

дышей на глубину 3—4 мм.

Масло на вкладыш подается через краники

из подвешенных над шейками вала ведер; для

предотвращения разбрызгивания масла подшип-

ники сверху закрываются плотным картоном.

Масло самотеком поступает в масляные карманы

вкладышей подшипников, а после смазки попада-

ет в маслосборное корыто, откуда по трубе стека-

ет в сборник для повторного использования при

отсутствии загрязнений.

Для смазки подшипников легких роторов

применяется турбинное масло, а при баланси-

ровке роторов весом 5—10 т и более следует

применять более тяжелые и вязкие масла; это

обеспечивается добавлением в турбинное масло

цилиндрового масла в количестве 15—30% (по

весу). Для поддержания вязкости масла во все

время балансировки на постоянном уровне про-

изводится подогрев масла в пределах 30—35° С с

помощью электронагревателя, опускаемого в вед-

ра по мере снижения температуры.

Мощность асинхронного двигателя (с фаз-

ным ротором и жидкостным реостатом), который

приводит во вращение балансируемый ротор, вы-

бирается в зависимости от веса ротора и равна

8—12 кВт для роторов весом 1— 3 т и до 200—

220 кВт—для роторов весом до 30 т. Число обо-

ротов электродвигателя и крепость соляного рас-

твора в жидкостном пусковом реостате подбира-

ются так, чтобы представлялась возможность

плавно, без рывка, пустить и развернуть баланси-

руемый ротор в пределах от 0 до 300—

350 об/мин.

Электродвигатель устанавливается рядом

со станком на отдельном фундаменте и со-

единяется с балансируемым ротором при помощи

электромагнитной муфты или другой соедини-

тельной муфты, позволяющей отсоединять элек-

тродвигатель после достижения балансируемым

ротором необходимого числа оборотов.

Рисунок 10.14 Конструкции муфт для соединения ба-

лансируемого ротора с двигателем. а — муфта, соеди-

няемая путем передвижения электродвигателя,

б — скользящая муфта, 1—муфта ротора, 2—муфта

двигателя, 3—фланец промежуточный, 4— пальцы,

5—скользящая муфта; 6 — выключатель, 7 — шпонка;

8 — вал электродвигателя; 9 — рычаг выключателя.

В качестве таких муфт применяются:

1) промежуточный диск с пальцами, который

крепится на болтах к муфте электродвигателя

(рис. 10.14, а). Вывод из зацепления пальцев дис-

ка из отверстий в муфте ротора производится пу-

тем осевого смещения электродвигателя, уста-

новленного на салазки; 2) скользящая муфта

(рис 10.14, б) на валу электродвигателя, соеди-

няемая с муфтой балансируемого ротора при по-

мощи пальцев.

В некоторых случаях для привода ротора

применяется ременная передача от двигателя на

звездочку муфты или на специально посаженный

на конец ротора, тщательно выточенный и сба-

лансированный деревянный шкив. Кроме указан-

ных, привод легких роторов может производиться

сжатым воздухом, подводимым к лопаткам рото-

ра специальными сопловыми аппаратами; такой

привод исключает необходимость применения

электродвигателя, специальной муфты, водяного

реостата и устройства фундамента, кабельного

подвода, выключающих, предохранительных и

прочих систем.

Перед установкой на станок балансируе-

мый ротор должен быть тщательно проверен на

отсутствие биения вала ротора и овальности его

шеек; биение по индикатору в любом поперечном

сечении вала не должно превышать 0,04 мм, а

овальность шеек—0,02 мм.

Необходимо проверить наличие и тщатель-

ность закрепления на роторе в нормальном поло-

жении всех деталей, которые вращаются вместе с

ним при работе турбины. Это относится также и к

полумуфтам, с которыми должна производиться

балансировка ротора. При проверке правильности

117

посадки и закрепления жестких муфт следует

проверять отсутствие боя фланца муфты по ок-

ружности и по торцу (перекос), а у подвижных

муфт— правильность посадки звездочек, шаг и

состояние кулачков, зубьев, пружин или пальцев,

а также отсутствие их износа.

После укладки ротора на подшипники не-

обходимо проверить горизонтальность положения

ротора на станке путем укладки уровня на шейки

ротора и в случае необходимости подрегулиро-

вать это положение отжимными болтами у козел

станка. Отклонения уровня на обеих шейках

должны быть направлены в разные стороны, но

равны по абсолютной величине.

Для ограничения осевых перемещений ро-

тора при балансировке ставятся специальные

упоры; в качестве ограничителей применяются

латунные пластинки толщиной 5—10 мм, при-

вернутые к корпусу подшипника и упирающиеся

в галтели шеек вала. При отсутствии галтелей

ограничителем может служить одна латунная

пластинка, привернутая к корпусу подшипника и

охватывающая с зазором гребень упорного под-

шипника какую-либо заточку, имеющуюся на

валу, маслоотражательное или пароотбойное

кольцо и т.д. При любой конструкции упора осе-

вой разбег ротора не должен превышать 0,1 мм.

Если после установки упоров и вращения

ротора при отсоединенном двигателе ротор упи-

рается в одну сторону, необходимо при помощи

установочных болтов поднять опорную площадку

того из козел, в сторону которого наблюдается

перемещение ротора. Отсутствие такой выверки

вызывает перемещение вращающегося ротора под

действием силы тяжести в направлении наклона и

приводит к удару в упорную пластинку; при

большом зазоре ротор приходит в колебательное

движение вдоль оси, что нарушает правильность

и плавность показаний индикатора и делает не-

возможной точную балансировку.

Следует помнить, что результаты баланси-

ровки во многом зависят от точности и пра-

вильности сборки станка и первоначальной уста-

новки ротора; на точную оборку, выверку станка

и установку на нем ротора следует выделить

опытный персонал и достаточное время, чтобы

получить качественные результаты балансировки.

Перед началом балансировки необходимо

через матерчатые фильтры наполнить ведра мас-

лом для смазки, проверить бесперебойное посту-

пление масла на шейки вала и возможность сво-

бодного стока, обеспечиваемого правильно по-

догнанными противнями и сливными воронками.

В течение всего времени вращения вала должен

быть установлен контроль за смазкой, так как

прекращение ее может вызвать задиры шеек, а

недостаточное поступление—искажение показа-

ний индикатора.

При опробовании работы станка путем

пуска ротора во вращение необходимо устранить

все наблюдающиеся ненормальности; на-

правление вращения ротора при балансировке

должно быть тем же, что и в работе турбины. Раз-

гон ротора при балансировке должен про-

изводиться до числа оборотов, превышающего

резонансное не менее чем на 30%.

При балансировке следует принять меры,

исключающие возможность несчастных случаев;

необходимо удалить лишний персонал с площад-

ки, где производится балансировка, содержать в

полной чистоте ничем не загроможденную пло-

щадку, а также тщательно проинструктировать

персонал, занятый на балансировке вращающего-

ся, открытого и незащищенного от возможного

зацепления ротора турбины. Перед включением

двигателя необходимо давать сигнал рабочим,

чтобы они отошли от ротора и не касались его,

так как малейшая неосторожность может привес-

ти к несчастным случаям с людьми.

После пуска двигателя и достижения не-

обходимого числа оборотов соединительная муф-

та разъединяется и стопоры подшипника с балан-

сируемого конца ослабляются; при этом подшип-

ник получает возможность свободного колебания.

Амплитуда колебаний замеряется упирающимся в

подшипник индикатором.

Начиная балансировку, необходимо в пер-

вую очередь определять амплитуды колебаний

каждого конца ротора в отдельности. Для этого

при вращении ротора сначала ослабляются стопо-

ры одного из подшипников и определяются ам-

плитуды колебаний по индикатору в зависимости

от оборотов без добавочного груза; после замеров

стопоры этого подшипника зажимаются и такие

же замеры производятся после ослабления стопо-

ров у другого подшипника. При этих замерах

принимается, что неуравновешенность определя-

ется только стороной ротора, ближайшей к осво-

божденному подшипнику; при зажатом втором

подшипнике силы, возникающие в нем, не оказы-

вают влияния на процесс уравновешивания, бла-

годаря чему устраняется только небаланс, имею-

щийся на стороне освобожденного подшипника.

Во время балансировки придерживаются

такого порядка, убедившись, что стопоры обоих

подшипников зажаты, соединяется муфта, откры-

ваются краники смазки, включается электродви-

гатель, и обороты ротора доводятся до 240—

300 об/мин; контроль за числом оборотов ведется

по ручному тахометру со стороны, противопо-

ложной приводу.

По достижении указанного числа обо-

ротов муфта разъединяется, и при вращении ба-

лансируемого ротора по инерции отжимаются

стопоры подшипника со стороны балансируемого

конца ротора. Как только прекратятся резкие ко-

лебания подшипника, неизбежно возникающие

при отключении двигателя, и установятся его

равномерные колебания, производятся одновре-

менные записи размахов стрелки индикатора и

числа оборотов ротора. Обычно это делается так:

один наблюдает за показаниями тахометра, дру-

гой—за показаниями индикатора и производит

запись числа оборотов и показаний индикатора;

наблюдающий за показаниями тахометра подает

записывающему сигналы в момент падения обо-

ротов ротора на 10 об/мин, т.е. называет числа:

250, 240, 230 и т.д. По его сигналам наблю-

118

дающий за индикатором производит наблюдение

и запись размаха стрелки индикатора против за-

готовленной заранее записи чисел оборотов: 250,

240, 230 и т.д.

Первое время, по мере падения числа обо-

ротов, колебания подшипника все увеличиваются;

соответственно увеличивается и размах стрелки

индикатора. Затем, пройдя наибольший размах

(обороты, кратные критическим) колебания начи-

нают быстро затухать. Отсчеты по индикатору

делаются вплоть до 100 об/мин, когда отклонения

уже незначительны, после чего стопоры подшип-

ника зажимаются и балансируемый ротор оста-

навливается.

Так как балансировка должна произво-

диться в условиях резонанса, то во время выбега

ротора отмечается число оборотов, при котором

наблюдаются максимальные отклонения стрелки

индикатора; при этих критических оборотах и

надлежит вести все дальнейшие наблюдения ре-

зультатов балансировки.

Если при различных оборотах ротора ам-

плитуды колебаний незакономерно и сильно ме-

няются и не реагируют на изменения величины

уравновешивающего груза, причиной этого могут

быть: неудовлетворительная сборка станка, чрез-

мерное трение в подшипниках и дефекты в рото-

ре, вызывающие дополнительные переменные

возмущающие силы. Такими дефектами могут

быть: смещение во время балансировки полумуф-

ты или другой детали вследствие неудовлетвори-

тельного закрепления на валу; наличие во внут-

ренней полости роторов грязи, стружки и других

посторонних тел, попавших туда случайно и не

удаленных перед началом балансировки и др. В

практике имели случаи попадания в компенсато-

ры полугибкой соединительной муфты турбинно-

го масла; при отсутствии отверстий для стока та-

кое скопление масла создает неуравновешен-

ность; попытки балансировки в этих условиях не

могут дать результатов до выяснения и устране-

ния имеющегося дефекта.

Начинать балансировку следует на стороне

ротора, которая дает наибольшие амплитуды ко-

лебаний подшипника; этой стороне ротора при-

сваивается индекс 1; а другой стороне—2. На

крайнем диске ротора со стороны 1 находят путем

пробных подвешиваний такое положение и вели-

чину уравновешивающего груза, при которых

колебания подшипника исчезают. Положение

уравновешивающего груза определяется путем

записи показаний индикатора во время вращения

ротора при поочередном перемещении пробного

груза по шести—восьми точкам симметрично

разбитой окружности на роторе; для этого на тор-

цевых поверхностях концевых дисков наносятся

мелом полосы, делящие диск на восемь равных

частей (рис. 10.15).

Рисунок 10.15. Разбивка окружности ротора для пере-

мещения пробного груза.

Величина пробного балансировочного гру-

за ориентировочно определяется в зависимости от

отклонения индикатора при резонансном числе

оборотов во время пробного пуска ротора и от

веса балансируемого ротора по формуле:

P=15Ga

/(2R

(n/3000)

) где G—вес ротора, кг; а

—

амплитуда колебаний, измеренная на баланси-

руемой стороне при резонансном числе оборотов

и пуске без груза, мм; R

—радиус установки

пробного груза, мм; n—скорость вращения балан-

сируемого ротора, об/мин.

Из формулы видно, что пробный груз вы-

бирается тем больший, чем больше вес ротора и

больше отклонения индикатора. Если при после-

довательном перемещении пробного груза в каж-

дой из восьми точек величины амплитуд колеба-

ний получаются большими, чем при пуске без

пробного груза или при максимальных амплиту-

дах, становится невозможно следить за размахом

стрелки индикатора, это означает, что пробный

груз выбран неправильно - его необходимо

уменьшить.

По данным о величинах амплитуд колеба-

ний, получаемых при вращении ротора без проб-

ного груза и с пробным грузом, последовательно

помещаемым в каждую из восьми точек, опреде-

ляется местоположение и величина балансируе-

мого груза.

Рисунок 10.16. Определение места крепления и вели-

чины уравновешивающего груза. 1 — ось амплитуд

первоначальных колебаний (без пробного груза),

2 — лучшая точка.

Предположим, для примера, что при вра-

щении без пробного груза на одном конце вала

индикатор показывает амплитуду 0,37 мм, а при

последовательном перемещении пробного груза

60 г в восьми балансировочных отверстиях диска

показывает амплитуды, по которым построена

119

кривая, приведенная на рис. 10.16. На этой кри-

вой по оси абсцисс на равном расстоянии нанесе-

ны точки, соответствующие положениям меток на

диске, а по оси ординат—амплитуды колебаний,

замеренные индикатором при положении пробно-

го груза в соответствующей метке (обычный мас-

штаб амплитуд 0,01—1 мм). По этой кривой на-

ходится точка 7 с минимальной амплитудой

0,16 мм, которая указывает лучшее положение

уравновешивающего груза для устранения неба-

ланса этого конца ротора.

Найдя положение уравновешивающего

груза, необходимо уточнить его вес. Это нетрудно

определить, зная, что в точке 7 величина макси-

мального отклонения стрелки индикатора изме-

нилась при установке пробного груза с первона-

чальной величины ординаты ас (0, 37 мм) до ве-

личины bс (0,16 мм), т.е. на величину аЬ. Так как

амплитуда колебаний практически прямо пропор-

циональна величине груза, то для снижения ам-

плитуд колебаний до нуля необходимо в точке 7

поставить груз К, который должен быть больше

пробного груза Р в отношении ас/ab, т.е.

K=P*ac/ab=106г.

Этим заканчивается балансировка одного

конца ротора; после закрепления уравновеши-

вающего груза на этой стороне ротора необходи-

мо произвести балансировку второй стороны ро-

тора, которая при балансировке первой стороны

была застопорена; при этом роли подшипников

меняются и первая сторона с укрепленным на ней

уравновешивающим грузом, стопорится на все

время балансировки второй стороны.

Стопоры подшипника второй стороны по-

сле достижения необходимых оборотов осво-

бождаются, и все измерения при балансировке

производятся у этого подшипника. Определение

места расположения и величины уравновеши-

вающего груза, который необходимо установить

на диск этой стороны ротора, производится теми

же приемами, что и для первой стороны.

По окончании балансировки второй сторо-

ны балансировка ротора еще не может быть за-

кончена, так как навеска уравновешивающего

груза на диске у второго подшипника будет на-

рушать равновесие первого уравновешенного

конца. Эта неуравновешенность будет находиться

в определенной зависимости: от величины груза,

подвешенного на стороне второго подшипника,

от расстояния между окружностями балансиро-

вочных отверстий и от расстояния между под-

шипниками. Задача заключается в том, чтобы за-

менить один груз, найденный для переднего кон-

ца, двумя, которые были бы достаточны для этого

конца и в то же время не нарушали равновесия

другого конца.

Эта задача решается следующим образом.

Уравновешивающий груз К (рис. 10.17), най-

денный для второго конца, помещен в точку 7 и

не принимается больше во внимание; W— груз в

точке 8, найденный при балансировке переднего

конца и нарушающий равновесие второго конца,

должен быть заменен двумя грузами; один в той

же точке 8 (груз X), а другой—на втором конце в

диаметрально противоположном положении, в

точке 4 (груз Y).

Рисунок 10.17. Определение величины и места

переходного груза.

Величины этих грузов находятся из фор-

мул (1) и (2):

X=Wmn/(mn-ab) (1);

Y=Wr/s*(am/(mn-ab)) (2)/

Отношение двух указанных радиусов r/s

должно быть принято во внимание в формуле (2),

если радиусы балансировочных отверстий неоди-

наковы для каждого конца.

Сложение Y и К, в один груз производится

по правилу параллелограмма сил, как и показано

на рис. 10.17. В качестве примера взяты следую-

щие данные: а==745 мм, m==1515 мм, r = 282 мм,

b=770 мм, n==1490 мм, s==382 мм. W=72 г,

K=120 г. По этим данным: X=95 г; Y=35 г.

В результате получаем, что на переднем

конце груз W=72 г должен быть заменен грузом

Х=95 г, расположенным в той же точке 5. К грузу

К=120 г второго конца, расположенному в точке

7, необходимо добавить груз Y=38 г, располо-

женный в точке 4 (противоположной точке 8 пе-

реднего конца, где расположен груз X). Вместо

грузов К и Y можно поставить груз Z==95 г, ве-

личина и место крепления которого находятся из

сложения по правилу параллелограмма сил, как

это показано на рисунке.

Найдя окончательные местоположение гру-

зов и их величину, необходимо изготовить по-

стоянные грузы и установить их на свои места в

балансировочные канавки, обязательно закрепив

их до отказа с постановкой замка, вес которого

должен быть учтен при изготовлении постоянно-

го груза. Во всех случаях при установке уравно-

вешивающих грузов особое внимание должно

уделяться правильности и надежности раскрепле-

ния этих грузов вне зависимости от их конструк-

ции.

Установка и закрепление балансировочных

грузов производится в зависимости от размеров и

формы специальных кольцевых канавок, выфре-

зерованных на торцевых поверхностях барабанов

или крайних дисков роторов. На рис. 10.18,а по-

казан пример крепления груза при выполнении

его разрезным из двух частей; в этом случае обе

половинки груза вводятся в канавку, имеющую

форму «ласточкиного хвоста», и закрепляются в

нужном положении винтом. При наличии на ро-

торе турбины или генератора кольцевой канавки

по форме «ласточкиного хвоста», имеющей спе-

циальное вводное гнездо (рис. 10.18, б), грузы

выполняются сплошными, вводятся до места че-

120