Балансування роторів, якорів і випробування електричних машин

Після ремонту ротори електричних машин в зборі з вентиляторами та іншими обертовими частинами підлягають статичному чи динамічному балансуванню на спеціальних балансувальних верстатах. Балансуванню підлягають вироби із значними обертовими масами і великими кутовими швидкостями (колінчасті вали з маховиками, карданні вали, вали турбокомпресорів, молотильні барабани, шківи та ін.). Вібрації, що викликані неврівноваженістю, призводять до підвищеного зносу, послабленню різьбових з’єднань, збільшенню навантажень і скороченню ресурсу.

Балансувальні верстати служать для виявлення неврівноваженості маси ротора – дисбалансу, який є основною причиною виникнення вібрації при роботі машини. Вібрація, викликана відцентровими силами, що досягають при великій частоті обертання незбалансованого ротора значних величин, може стати причиною руйнування фундаменту і аварійного виходу машини з ладу. Неврівноваженість сил виникає внаслідок неточності розмірів, нерівномірної густини матеріалу, несиметричного розміщення маси деталі відносно вісі обертання, нерівномірних спрацювань, порушення співвісності деталей та ін.

Існує три види дисбалансу ротора: статичний, динамічний і змішаний. При статичному дисбалансі вісь інерції, яка проходить через центр ваги, зміщена паралельно осі обертання ротора. В цьому випадку відцентрова сила від дисбалансу викликає на опорах однакові за величиною і по фазі вібрації. Динамічний дисбаланс характеризується розташуванням осі інерції під кутом до осі обертання. При цьому пара відцентрових сил  викликає на опорах однакові за величиною і протилежні по фазі вібрації. Змішаний дисбаланс – вібрації опор в цьому випадку відрізняються як за величиною, так і за фазою. Найбільш поширеним є змішаний дисбаланс.

Для усунення неврівноваженості проводиться балансування. Відповідно до неврівноваженості розрізняють два види балансування: статичне і динамічне. 

Статичне балансування

Для статичного балансування роторів і якорів служить верстат, що представляє собою опорну конструкцію з профільної сталі і встановленими на ній призмами трапецієподібної форми. Довжина призм повинна бути такою, щоб ротор міг зробити на них не менше двох обертів. Ширину робочої поверхні призм верстатів для балансування роторів масою до 1 т приймають рівною 3-5 мм. Робоча поверхня призм повинна бути добре відшліфована і здатна, не деформуючись, витримувати масу ротора, який балансують. 
Статичне балансування ротора на верстаті виконують в такій послідовності: 

  1. Ротор  укладають шийками вала на робочі поверхні призм. При цьому ротор, перекочуючись на призмах, займе таке становище, при якому його найбільш важка частина опиниться внизу.
  2. Для визначення точки окружності, в якій повинен бути встановлений балансуючий вантаж, ротор 5-6 разів перекочують і після кожного зупину відповідають крейдою нижню «важку» точку. Після цього на невеликій частині кола ротора виявиться п’ять крейдяних рисок.
  3. Відзначивши середину відстані між крайніми крейдовими відмітками, визначають точку установки врівноважуючого вантажу: вона знаходиться в місці, діаметрально протилежному від середньої «важкої» точки. У цій точці встановлюють врівноважуючий вантаж, масу якого підбирають дослідним шляхом до тих пір, поки ротор не перестане перекочуватися, будучи залишений в будь-якому довільному положенні. Правильно збалансований ротор після перекочування в одному і другому напрямках повинен у всіх положеннях перебувати в стані байдужої рівноваги.
  4. При необхідності більш повного виявлення та усунення залишкового дисбалансу, окружність ротора ділять на шість рівних частин. Потім, укладають ротор на призмах так, щоб кожна з відміток по черзі перебувала на горизонтальному діаметрі, в кожну з шести точок по черзі навішують невеликі вантажі до тих пір, поки ротор не вийде зі стану спокою. Маси вантажів для кожної з шести точок будуть різними. Найменша маса буде в «важкій» точці, найбільша – у діаметрально протилежній точці ротора. 

Динамічне балансування

При статичному методі балансування врівноважуючий вантаж встановлюють тільки на одному торці ротора і таким чином усувають статичний дисбаланс. Однак цей спосіб балансування застосовується лише для коротких роторів і якорів малих і тихохідних машин. Для врівноваження мас роторів і якорів великих електричних машин з більшою частотою обертання (більше 1000 об/хв.) застосовують динамічне балансування, при якому врівноважуючий вантаж встановлюють на обох торцях ротора. Це пояснюється тим, що при обертанні ротора з великою частотою кожен його торець має самостійне биття, викликане незбалансованими масами. 

Динамічне балансування роторів складається з двох операцій: вимірювання початкової величини вібрації, що дає уявлення про розміри неврівноваженості маси ротора; знаходження точки її розміщення і визначення маси врівноважуючого вантажу для одного з торців ротора. 

При першій операції головки верстата закріплюють болтами. Ротор електродвигуном приводиться в обертання, після чого привід відключають, розчіплюючи муфту, і звільняють одну з головок верстата. Звільнена головка під дією радіально спрямованої відцентрової сили дисбалансу розгойдується, що дозволяє стрілочним індикатором  виміряти амплітуду  коливання головки. Таке ж вимір виробляють для другої головки. 

Другу операцію виконують методом «обходу вантажем». Розділивши обидві сторони ротора на шість рівних частин, в кожній точці по черзі закріплюють пробний вантаж, який повинен бути менше передбачуваного дисбалансу. Потім описаним вище способом вимірюють коливання головки для кожного положення вантажу. Найзручнішим місцем розміщення вантажу буде точка, в якій амплітуда коливань була мінімальною. Масу врівноважуючого вантажу Q (кг) визначають за формулою:

 де Р – маса пробного кола,

К0 – первісна амплітуда коливань до обходу пробним вантажем,

Кmin – мінімальна амплітуда коливань при обході пробним вантажем.

Закінчивши балансування одного боку ротора, таким же способом балансують другу сторону. Балансування, вважається задовільною, якщо відцентрова сила залишилася неврівноваженості не перевищує 3% маси ротора. Цю умову можна вважати виконаною, якщо амплітуда залишкових коливань головки верстата балансування знаходиться в межах, визначених виразом:

де  Вр – маса балансувального ротора, т.

Після закінчення балансування тимчасово встановлений на роторі вантаж закріплюють. В якості вантажу балансування використовують шматки смугової або квадратної сталі. Вантаж кріплять до ротора зварюванням або гвинтами. Кріплення вантажу повинне бути надійним, тому що недостатньо міцно закріплений вантаж може в процесі роботи машини відірватися від ротора і стати причиною аварії або нещасного випадку. Закріпивши вантаж постійно, ротор піддають перевірочної балансуванню, потім передають в складальне відділення для складання машини.

Відремонтовані електричні машини піддають післяремонтному випробуванню за встановленою програмою: вони повинні задовольняти вимогам, вказаним стандартами або технічними умовами.

На ремонтних підприємствах проводять такі види випробувань: контрольні – для визначення якості електрообладнання; приймально-здавальні  – при здачі відремонтованого електрообладнання ремонтним підприємством і прийомі замовником; типові, після внесення зміни в конструкцію електрообладнання або технологію його ремонту для оцінки доцільності внесених змін. Кожну електричну машину після ремонту незалежно від його обсягу піддають приймально-здавальним випробуванням.