Как отбалансировать колесо вентилятора

Обновлено: 02.07.2024

Timeweb - компания, которая размещает проекты клиентов в Интернете, регистрирует адреса сайтов и предоставляет аренду виртуальных и физических серверов. Разместите свой сайт в Сети - расскажите миру о себе!

Виртуальный хостинг

Быстрая загрузка вашего сайта, бесплатное доменное имя, SSL-сертификат и почта. Первоклассная круглосуточная поддержка.

Производительность и масштабируемые ресурсы для вашего проекта. Персональный сервер по цене виртуального хостинга.

Выделенные серверы

Хотелось бы с участием опытных специалистов обсудить проблемы балансировки роторов с рабочими колесами в воздушном (газовом) потоке. Вопрос для нас, как разработчиков многоканальных средств измерения синхронных спектров, весьма актуальный. Дело в том, что первые же попытки сравнить расчетные балансировочные массы на двух разных частотах вращения вентиляторов показали, что и масса, и угол - сильно различаются. Да и результирующий статический дисбаланс на многих остановленных после динамической балансировки вентиляторов - недопустимо большой, пока разгоняешь такой вентилятор - может улететь.
Проблема понятна лишь частично - может быть это обтекание разных лопастей разное и из-за этого дополнительный аэродинамический дисбаланс, может быть это износ пальцев муфты и пальцы нагружены по разному, а следовательно, результирующая радиальная часть нагрузки на муфту не равна нулю, и зависит от нагрузки на вентилятор.
Необходимость компенсировать и эти силы при балансировке, т.е. оптимизировать балансировочные массы под диапазон нагрузок привела нас к мысли сделать многоканальную измерительную систему для балансировки и проводить балансировку на разгоне и выбеге по амплитудно-частотным и фазочастотным характеристикам, запуская его "толчком", сразу не разгоняя до больших оборотов.
Сделали, получили неплохие результаты, фактически балансируя в два этапа, сначала на скоростях до половины от номинальных, а затем на полных. И теперь хотим понять, а нужна ли такая система балансировки на производствах? Ведь измерительных каналов - не один,а, как минимум 4, на все подшипниковые узлы, а с учетом хотя бы двух направлений измерения вибрации - уже восемь, не так уж дешево.
Но ведь не обязательно балансировать машины с дефектами, лучше их диагностировать вовремя и устранять обнаруженные дефекты
А с другой стороны, имея такую систему, не обязательно тащить на балансировочный станок ротор любого агрегата. Но можно ли агрегат после ремонта "толкнуть" своим двигателем хотя бы до небольших оборотов, чтобы провести первичную динамическую балансировку?

Я на другом форуме, как то, отвечал на вопрос о проблемах при балансировке консольных вентиляторов.
Не мне Вам расказывать про аэродинамические и прочие заморочки при балансировке таких механизмов, поэтому остановлюсь на наиболее характерной и сложно диагностируемой.
У большинства средних и лёгких вентиляторов осевая фиксация ротора так или иначе решена подшипниками со стороны рабочего колеса, а со стороны муфты установлен роликовый подшипник лёгкой или сверхлёгкой серии, который нагружен вверх, причем довольно слабо. Даже при незначительных дефектах муфты, вал начинает обкатывать наружную обойму этого подшипника и соответственно рычагом смещает рабочее колесо в радиальном направлении, искуственно создавая бой вала под рабочим колесом в 0,1-0,4 мм. Из-за незначительных нагрузок "поводковый" эффект в этом случае, практически не диагнотируется по фазам. Установкой груза на рабочее колесо, при балансировке в собственных подшипниках, вентилятор легко приводится в приличное состояни по вибрации при номинальной нагрузке, НО получаем четко выраженный статический дисбаланс на остановленном вентиляторе, вплоть до укатывания ротора в "тяжёлую" точку. Балансировка ротора на станке эту проблему никак не решает. Т.е. на остановленном роторе и в динамике имеем два разных, не связанных друг с другом, состояния ротора по дисбалансам. Вернее имеем как бы два разных ротора.
Знаю случаи, когда из-за изначального дефекта муфты, вентиляторы проработали в таком состоянии по 10-20 лет, а периодические изменения вибрации из-за износа пальцев списывали на износ лопаток рабочего колеса и устраняли подбалансировкой раз полгода-год, а укатывание остановленного ротора обьясняли аэродинамическими проблемами, прогибом вала или боем ступицы.
Я, в таких случаях, рекомендую прицентровывать двигатель выше вентилятора (в пределах допуска на центровку) и более качественно подгонять прилегание пальцев муфты.

По системе, наверное нужна, но не в данном случае. + цена. Востребованность будет штучная и только в крупных организациях имеющих грамотных вибрационщиков, при условии необходимости балансировки на нескольких режимах и отсутствии на таких машинах стационарной системы.

Надежная и исправная работа вращающихся механизмов зависит от большого числа факторов, таких как: соосность валов агрегата; состояние подшипников, их смазка, посадка на валу и в корпусе; износ корпусов и уплотнений; зазоры в проточной части; выработка сальниковых втулок; радиальный бой и прогиб вала; дисбаланс рабочего колеса и ротора; подвеска трубопроводов; исправность обратных клапанов; состояние рам, фундаментов, анкерных болтов и многое другое. Очень часто упущенный небольшой дефект, как снежный ком тянет за собой другие, а в результате выход оборудования из строя. Только учитывая все факторы, точно своевременно диагностируя их, и соблюдая требования ТУ на ремонт вращающихся механизмов, можно добиться безотказной работы агрегатов, обеспечить заданные рабочие параметры, увеличить межремонтный ресурс, снизить уровень вибрации и шума. Планируется посвятить теме ремонта вращающихся механизмов ряд статей, в которых будут рассмотрены вопросы диагностики, технологии ремонта, модернизации конструкции, требованиям к отремонтированному оборудованию и рационализаторским предложениям по повышению качества и снижению трудоемкости ремонта.

Так в чем же причина такой резкой перемены в поведении агрегата?

Дисбаланс

Попробуем представить себе, что вся масса ротора вместе с рабочим колесом сосредоточена в одной точке - центре масс (центре тяжести), но из-за неточности изготовления и неравномерности плотности материала (особенно для чугунных отливок) эта точка смещена на некоторое расстояние от оси вращения (Рисунок №1). При работе агрегата возникают силы инерции - F, действующие на смещенный центр масс, пропорциональные массе ротора, смещению и квадрату угловой скорости. Они-то и создают переменные нагрузки на опоры R, прогиб ротора и вибрации, приводящие к преждевременному выходу агрегата из строя. Величина равная произведению расстояния от оси до центра масс на массу самого ротора - называется статическим дисбалансом и имеет размерность [г x см].

Статическая балансировка

Задачей статической балансировки является приведение центра масс ротора на ось вращения путем изменения распределения массы.

Наука о балансировке роторов объемна и разнообразна. Существуют способы статической балансировки, динамической балансировки роторов на станках и в собственных подшипниках. Балансируют самые различные ротора от гироскопов и шлифовальных кругов, до роторов турбин и судовых коленчатых валов. Создано множество приспособлений, станков и приборов с применением новейших разработок в области приборостроения и электроники для балансировки разных агрегатов. Что касается агрегатов, работающих в теплоэнергетике, то нормативной документацией по насосам, дымососам и вентиляторам предъявляются требования по статической балансировке рабочих колес и динамической балансировке роторов. Для рабочих колес применима статическая балансировка, т. к. при превышении диаметром колеса его ширины более чем в пять раз, остальные составляющие (моментная и динамическая) малы, и ими можно пренебречь.

Чтобы сбалансировать колесо нужно решить три задачи:

3) уравновесить дисбаланс корректировкой массы рабочего колеса.

Приспособления для статической балансировки

Найти место дисбаланса помогают приспособления для статической балансировки. Их возможно изготовить самостоятельно они просты и недороги. Рассмотрим некоторые конструкции.

Шейки оправки и рабочие поверхности призм должны быть шлифованными для снижения трения. Призмы необходимо зафиксировать на жестком основании.

Если дать колесу возможность свободно перекатываться по ножам, то после остановки центр масс колеса займет положение не совпадающее с нижней точкой, из-за трения качения. При вращении колеса в противоположную сторону, после остановки оно займет другое положение. Среднее положение нижней точки соответствует истинному положению центра масс устройства (Рисунок №3) для статической балансировки. Они не требуют точной горизонтальной установки как ножи и на диски (ролики) можно устанавливать ротора с разными диаметрами цапф. Точность определения центра масс меньше из-за дополнительного трения в подшипниках качения роликов.

Применяются устройства для статической балансировки роторов в собственных подшипниках. Для снижения трения в них, которое определяет точность балансировки, применяют вибрацию основания или вращение наружных колец опорных подшипников в разные стороны.

Самым точным и в то же время сложным устройством статической балансировки являются балансиро вочные весы (Рисунок №4). Конструкция весов для рабочих колес приведена на рисунке. Колесо устанавливают на оправку по оси шарнира, который может качаться в одной плоскости. При повороте колеса вокруг оси, в различных положениях его уравновешивают противовесом, по величине которого находят место и дисбаланс колеса.

Методы балансировки

Величину дисбаланса или количество граммов корректирующей массы определяют следующими способами:

-методом подбора, когда установкой противовеса в точке противоположной центру масс добиваются равновесия колеса в любых положениях;

В качестве пробной массы можно использовать магниты или пластилин.

Метод кругового обхода

Способы устранения дисбаланса

Остаточный дисбаланс

После балансировки рабочего колеса из-за погрешностей измерений и неточности устройств сохраняется смещение центра масс, которое называется остаточным статическим дисбалансом. Для рабочих колес вращающихся механизмов нормативная документация задает допустимый остаточный дисбаланс. Например, для колеса сетевого насоса 1Д1250 - 125 задается остаточный дисбаланс 175 г х см (ТУ 34 - 38 - 20289 - 85).

Сравнение методов балансировки на различных устройствах

Критерием сравнения точности балансировки может служить удельный остаточный дисбаланс. Он равен отношению остаточного дисбаланса к массе ротора (колеса) и измеряется в [мкм]. Удельные остаточные дисбалансы для различных методов статической и динамической балансировки сведены в таблицу №1.

Из всех устройств статической балансировки, весы дают самый точный результат, однако, это устройство самое сложное. Роликовое устройство, хотя и сложнее параллельных призм в изготовлении, но проще в эксплуатации и дает результат не многим хуже.

Основным недостатком статической балансировки является необходимость получения низкого коэффициента трения при больших нагрузках от веса рабочих колес. Повышение точности и эффективности балансировки насосов, дымососов и вентиляторов можно достичь методами динамической балансировки роторов на станках и в собственных подшипниках.

Применение статической балансировки

Точная статическая балансировка - это необходимая, но иногда не достаточная основа надежной и долговечной работы агрегата.

Вентилятор — один из самых распространенных приводов, ротором вентилятора является его рабочее колесо. Балансировка крыльчатки вентилятора требуется в случаях, когда появляется дисбаланс — смещения центра вращения относительно центра масс, что приводит к появлению вибрации. Для наших заказчиков предлагаем высокотехнологичную услугу — балансировка колеса вентилятора.

Балансировка лопастей вентилятора применяется для осевых вентиляторов, в этом случае требуется установка грузов прямо на лопасти. Мы используем специальные грузы — клипсы, которые можно устанавливать без сверления или сварки.

В одном из супермаркетов Петрозаводска продаются очень нужные в хозяйстве и надо признать очень не дорогие вентиляторы. Два "произведения" китайской промышленности приобрёл и я. После сборки, проверка работоспособности вентиляторов показала, что один работает нормально, а второй трясётся как отбойный молоток - лопасти не сбалансированы. (проще говоря одна лопасть тяжелее двух других) У меня было два решения проблемы:
1. Пойти в магазин, поругаться, написать заявление, поменять вентилятор.(не факт, что в следующем агрегате не вскроется другой китайский сюрприз)
2. Устранить "дефект" в домашних условиях.
Пошёл по более интересному пути.
Профессионалов прошу не читать. Этот способ не для них!
Чтобы определить какая лопасть перевешивает нужно заклеить центральное отверстие на вентиляторе скотчем и продеть нитку с иголкой через центр отверстия.(не забудьте завязать узелок на нитке) Подвешиваем. Одна лопасть уйдёт вниз. Противоположный сектор отмечаем фломастером, корректором или краской. В этот сектор помещаем "грузики". Я выбрал камешки, когда-то набранные на море. Вкладываем и подбираем "грузики" по весу таким образом, чтобы три лопасти в итоге стали горизонтально. Покрываем камешки клеем и устанавливаем лопасти на ось вентилятора. Запускаем, если вибрация в норме - бинго, вы угадали вес грузиков и их расположение. На всю процедуру у меня ушло около 5 минут.
Успехов!
Смотри рисунок.

Nerf, Вентилятор продаётся в разобранном виде. Включают его для проверки без лопастей. Без лопастей работает идеально. Я же писал, что нет баланса из-за того, что одна лопасть имеет вес больший, чем две оставшиеся.

zgns, ок. Как то пропустил, что в разобранном виде продается.

Можно поступить проще, на легкую лопасть приклеивать прозрачный скотч, полоску за полоской, пока не будет равновесие

baiwreas, недолговечное решение, под ветровой нагрузкой будет медленно отклеиваться, кроме того, не эстетично.
Грузы внутри - отличное решение.

קונסטנטין, ничего не отклеивается, уже 2 года так работает! И прозрачный скотч даже не видно на лопастях!

baiwreas, месье знаете толк!

קונסטנטין, если по ходу наклеить одним куском на ребро, то наоборот будет приклеиваться

lastwolf, в таком случае сместится центр тяжести лопасти, что может привести к ее досрочному входу из строя.

קונסטנטין, надо все рассчитать же, прежде чем запускать процесс

xmax, это отличает хорошую реализацию.

у меня норм крутит правда не чина

Можно ещё пластилин ,если есть дома.

LaSTeP, Грузики должны иметь, как минимум одну степень свободы, чтобы при вибрации "занять своё место" и там приклеиться. За счёт формы "грузиков" появляется вторая степень свободы. (В виброгасителях применяется примерно тоже самое) У пластилина этого нет. Куда прилепил - там он и останется - дольше ловить вибрацию придётся.

zgns, омфг, ты ж не колесо в спорткаре балансируешь для езды на скорости овер 200км/ч. С таким успехом можно было внутрь гранулят какой-нибудь засыпать и заклеить сверху полость.

следующий этап

Добавляем радиатор от оки, подключенный к водопроводу и бюджетная версия кондиционера готова.

Читайте также: