Динамическая балансировка рабочих колес насосов

Динамическая балансировка — это важный аспект ремонта большинства вращающихся механизмов, включая насосы и электродвигатели. Если не обнаружить и не устранить излишний дисбаланс на этой стадии, ремонт может оказаться бессмысленным и вибрация будет постоянно воздействовать на подшипники и разрушать фундамент оборудования.

Когда речь идет о рабочих колесах насосов, важно понимать, что к ним применяются другие методы динамической балансировки, чем к роторам электродвигателей, что связано с различиями в их конструкциях.

 

Например, масса роторов электродвигателей находится между подшипниками, а многие рабочие колеса насосов имеют подвесную конфигурацию. Длина роторов электродвигателей также больше их диаметра, а у рабочих колес соотношение длины к диаметру, как правило, меньше. Это может потребовать использования специальных правил распределения допустимого остаточного дисбаланса согласно стандарту ISO 21940-11 и специальных методов балансировки на станке.

 

Всегда ли необходима балансировка?

 

При оценке состояния насоса в процессе ремонта технический специалист должен решить, следует ли проверять/корректировать баланс рабочего колеса при помощи балансировочного станка. Как правило, проверять уровни вибрации, испытывая насос до ремонта, непрактично, а безосновательные проверки динамического баланса каждого насоса приведут к неоправданным расходам на ремонт. Если рабочее колесо изношено или повреждено и необходимость в ремонте не связана с вибрацией установки, затраты на проверку баланса рабочего колеса нельзя назвать рациональными. Тем не менее, обратите внимание, что дисбаланс рабочего колеса зачастую приводит к ослаблению крепежных болтов вала и рабочего колеса насоса, поэтому, принимая решение о проверке баланса, следует учитывать и такие аспекты.

Рисунок 1. Метод статической балансировки подвесных роторов в двух плоскостях на балансировочном станке (изображения предоставлены компанией EASA)

 

Особенности балансировки

 

Балансировка рабочих колес насосов на валу в собранном виде широко практикуется, однако зачастую подвесные конфигурации усложняют процесс балансировки. Поскольку сам вал едва ли может быть разбалансирован, стандартным методом для насосов с несколькими рабочими колесами является балансировка каждого колеса на оправке перед сборкой на валу. При расчете допустимого остаточного дисбаланса следует учитывать общий вес ротора. Если при расчете основываться только на весе рабочего колеса, то можно получить заниженные значения допусков.

 

Балансировка в одной и двух плоскостях

 

Далее следует решить, использовать ли балансировку в одной или двух плоскостях. Старое правило, не представленное в последней редакции стандарта ISO 21940-11, гласило, что балансировка в одной плоскости приемлема для роторов с соотношением длины к диаметру менее 0,5 и скорости вращения менее 1000 об/мин.

 

Хотя большинство насосов работают со скоростью более 1000 об/мин, многие производители насосов проводят балансировку рабочих колес только в одной плоскости. Это нормально, если они организовывают производственный процесс так, чтобы минимизировать дисбаланс в двух плоскостях, однако многочисленные примеры показывают, что это далеко не всегда так. Если рабочее колесо уже установлено на балансировочном станке, рекомендуется проверить баланс в двух плоскостях.

 

Устранение дисбаланса

 

Устранение дисбаланса рабочих колес насосов заключается в удалении лишнего веса, как правило, с помощью шлифовки дисков рабочего колеса с последующим сглаживанием поврежденных участков. Высверливать отверстия для удаления лишнего веса нежелательно, поскольку из-за таких отверстий возникнут локальные завихрения перекачиваемой жидкости.

 

Поскольку "нарастить" балансировочный вес проблематично, начинать коррекцию следует с нанесения на рабочее колесо мастики. Когда достигнут требуемый баланс, балансировочный груз шлифуют под углом 180 градусов от места нанесения мастики. Если изначальная балансировка с мастикой требует большого количества балансировочного груза при парной конфигурации, оцените, будет ли практично выполнять балансировку в двух плоскостях.

 

Сильный дисбаланс в двух плоскостях, как правило, возникает из-за дефектов литья или машинной обработки в процессе производства. Опять же, производители пытаются контролировать такие дефекты и выполняют балансировку только в одной плоскости. Если устранять дисбаланс рабочего колеса в двух плоскостях непрактично, то оно считается бракованным и подлежит замене. Рекомендуется выполнять балансировку рабочих колес насосов согласно стандарту ISO 21940-11 (класс G2.5). К более мощным насосам применимы особые методы балансировки, представленные в стандартах по насосам Американского национального института стандартов (ANSI) и Института гидравлики (HI).

 

Вертикальные турбонасосы и двухагрегатные насосы

 

В промышленности широко используются два типа многоступенчатых насосов: вертикальные турбонасосы и двухагрегатные насосы. Если требуется балансировка многоступенчатых насосов, каждое рабочее колесо отдельно подвергают балансировке в двух плоскостях на оправке. После повторной установки рабочего колеса на вал насоса, важно, чтобы сборка соответствовала классу балансировки G2.5. Помимо этого, процедуры, применяемые к вертикальным турбонасосам и двухагрегатным насосам, отличаются друг от друга.

 

Вертикальные турбонасосы. При балансировке вертикальных турбонасосов на рабочем колесе и зажимных приспособлениях или соединяемых с колесом компонентах ставится монтажная метка. После окончательной проверки баланса, ротор разбирается для подготовки к сборке в цилиндрах насоса. Если баланс ротора в сборке не соответствует требуемым характеристикам, следует проверить биение вала и крепления рабочего колеса. Небольшая разбалансировка ротора в сборке допустима, но избыточный дисбаланс указывает на проблему, которую необходимо решить (рисунок 2).

Рисунок 2. Проверка окончательного баланса на роторе вертикального турбонасоса.

 

Многоступенчатые двухагрегатные насосы. При работе с многоступенчатыми двухагрегатными насосами ротор собирают в окончательную сборку в корпусе вместе с втулками или другими неподвижными компонентами, которые устанавливаются между рабочими колесами. Необходимо убедиться, что гайки вала, удерживающие рабочие колеса на месте, не слишком плотно затянуты.

 

Перед вращением ротора на балансировочном станке, неподвижные компоненты следует закрепить на основании станка веревкой. Это (и немного машинного масла между ними и валом) поможет предотвратить их вращение. После того, как подтвердится, что баланс ротора в сборке находится в пределах допусков, гайки вала можно затянуть и заново проверить баланс. Любые заметные изменения баланса ротора при затянутых гайках вала, вероятно, связаны с биением втулки вала или осевых поверхностей рабочего колеса. Такое биение приведет к изгибу вала при затягивании гаек.

 

Чтобы провести качественный ремонт роторов многоступенчатых насосов важно разбираться в методах статической балансировки в двух плоскостях.

 

Юджин Воджел - специалист по насосам и вибрации в компании EASA, Inc., Сент-Луис, штат Миссури, США. С автором можно связаться по эл. почте gvogel@easa.com.

 

EASA — ассоциация международной торговли, в которую входят более 1800 фирм из 70 стран, которые продают и обслуживают электромеханическое оборудование.

 

Дополнительная информация представлена на сайте www.easa.com.