Центробежные (иначе называются радиальные) вентиляторы, используемые в линиях гранулирования бывают чаще всего трех типов:
- Вперед загнутые лопатки. С крыльчаткой (рабочее колесо) типа "беличье колесо". Применяются при подаче чистого воздуха - например, дутьевой на теплогенераторе.
- Назад загнутые лопатки. Отличаются от первых характеристикой - практически не имеют срыва потока - максимальное давление развивают при минимальном расходе. Обороты обычно больше при
том же размере колеса. Используются в системе пневмотранспорта, дымососы имеют аналогичное рабочее колесо. - Пылевые вентиляторы. Прямые лопатки. Низкое КПД. Системы низконапорного пневмотранспорта.
Первые, как правило, не требуют балансировки в процессе работы. Кроме того, имея значительный размер крыльчатки (рабочего колеса) вдоль оси по отношению к диаметру, требуют почти обязательно динамической балансировки.
Вторые и третьи позволяют добиться хороших результатов статической балансировкой. Далее мы поговорим про статическую балансировку.
Первый, самый примитивный способ балансировки крыльчатки вентиляторов.
Вентилятор устанавливают так, что бы ось вращения рабочего колеса была горизонтальна. Освободив “всас” (круглое входное отверстие вентилятора), крыльчатку толкают руками, задавая первое пробное вращение. С лёгким нетерпением ждут остановки вращения. Когда крыльчатка замерла, отмечают чем придётся строго верхнюю точку крыльчатки или лопастей , можно карандашом. Это будет предполагаемая точка перевеса . Строго говоря, точка перевеса всегда внизу, но нас будет интересовать именно вехняя отметка, которую мы и станем так несправедливо называть. Отметив верхнюю точку, повторяем всё заново: рукой задаём второе (потом и третье для уверенности) пробное вращение. И тут начинается самое интересное. Если, отмеченная нами метка, остановилась в другом месте, то, возможно, с дисбалансом у Вас всё в порядке, а вибрацию передаёт какой-нибудь насос поблизости, или проезжающий поезд (шутка). Версия два: из-за износа подшипников или из-за того, что крыльчатка вращается туго, этот способ нахождения точки перевеса не годится: слишком груб. Вообще, при некотором опыте пригодность вентилятора к статической балансировке определить не трудно: если крыльчатка крутится очень долго не останавливаясь, то этот вентилятор вполне пригоден для балансировки, если наоборот быстро останавливается, то нет. Далее: если, на нашу радость, отметка замерла снова строго и явно наверху, как мы мечтали, значит мы правильно нашли эту самую точку перевеса и начинается собственно балансировка.
Ищут предметы разного веса, гайки, обрубки полос , куски электродов и т.д. Ищут чем их прилепить тонким слоем: мастика, пластилин, тонкая проволока, скотч, изолента и т.д. И, как Вы уже догадались, начинаются эксперименты в поисках подходящего противовеса в точку перевеса. Прикрепляя в точку перевеса к нерабочей поверхности найденные Вами предметы, или постепенно стачивая их на наждаке, и каждый раз заново толкая крыльчатку, добиваются того, чтобы точка перевеса “умерла”, т.е. Ваша отметка потеряла своё постоянное место остановки. Другими словами: в идеале она должна останавливаться каждый раз в разных местах. И когда это случилось, т.е. находится предмет подходящего веса, Вы, победно оглядевши всех вокруг, тащите сварного или привариваете его сами. Ох и люблю я этот момент– момент торжества “человеческого духа” над неодушевлённым металлом! Красиво?
Приваривать на не снятой крыльчатке удобнее всего со стороны квадратного выпуска-фланца, т.е. сверху кожуха (улитки): там нерабочая сторона заднего диска вполне доступна, хотя и не рядом. С пылевым вентилятором проще: его лопасти доступны со стороны всаса.
Иногда боятся балансировать сами по той причине, что противовес искать очень долго и, как полагают, практически невозможно поймать неустойчивое положение. Это ошибка: по-любому противовес ищется не более 15 минут. Подсказкой в поиске служит то, что точка перевеса находится всё медленней и медленней. Она не спеша, вальяжно уходит вверх, пропуская своё родное место и также всё медленней и медленней возвращается назад, пропуская его снова , но с другой стороны.
Приваренный противовес может из-за сварки прибавить в весе и, в свою очередь, сам стать точкой перевеса. За такое “предательство”, с ним поступают безжалостно: обдирают болгаркой, до тех пор… Здесь важно не пропустить равновесие, в каждой пробе терпеливо уменьшая обдирку.
Второй способ, балансировка "на ножах".
Мы используем такой у себя на производстве для рабочих колес циклонов со встроенным вентилятором.
Для этого нужны "ножи" или призмы. У нас они выполнены так:
Ножи должны иметь ровную поверхность, быть параллельны друг другу и строго горизонтальны по обеим направления. В нашем случае это достигается регулировочными и фиксирующими винтами - как опорной рамы, так и самих ножей. И высокоточным уровнем, которым можно это проверить.
Если у вас нет задачи постоянно балансировать рабочие колеса, то можете собрать конструкцию ножей попроще, используя различные железки из магазинов стройматериалов и метизов. Но ось и конусы придется все равно заказать у токаря - готового вряд ли найдете. Так же можно обойтись для проверки горизонтальности уровнем попроще - допустим, высокоточным строительным - он будет плохоньким по меркам машиностроения, но это все же лучше, чем совсем не отбалансированное колесо.
Далее можно воспользоваться выше приведенным методом подбора пробного грузика. Можно поступить более системно, как далее внизу по тексту. Но неизменно важно понимание процесса балансировки тем, кто это делает, и умение им оценить этот результат. Это достигается чтением теории - то, что изложено здесь - и постоянной или периодической практикой.
Далее немного более серьезного текста:
Статическая балансировка рабочих колес вращающихся механизмов
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.
В ремонте насосов, дымососов и вентиляторов трудно переоценить значение точной балансировки механизма. Как удивительно и радостно видеть некогда грохочущую и трясущуюся машину, которую усмирили и успокоили несколько граммов противовеса, заботливо установленные в «нужное место» умелыми руками и светлой головой. Невольно задумываешься о том, что значат граммы металла на радиусе колеса вентилятора и тысячах оборотов в минуту.
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:
1) найти то самое «нужное место» - направление, на ко тором расположен центр тяжести;
2) определить, сколько «заветных грамм» противовеса необходимо и на каком радиусе их расположить;
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.
Простейшим устройством для статической балансировки являются ножи или призмы (Рисунок №2), установленные строго горизонтально и параллельно.
Отклонение от горизонта в плоскостях параллельной и перпендикулярной оси колеса, не должно превышать 0,1 мм на 1 м. Средством проверки может служить уровень «Геологоразведка 0,01» или уровень соответствующей точности. Колесо одевается на оправку, имеющую опорные шлифованные шейки (в качестве оправки, можно использовать вал, заранее проверив его точность). Параметры призм из условий прочности и жесткости для колеса массой 100 кг и диаметром шейки оправки d = 80 мм составят: рабочая длинна L = p X d = 250 мм; ширина около 5 мм; высота 50 - 70 мм.
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.
Балансировочные весы.
Самым точным и в то же время сложным устройством статической балансировки являются балансировочные 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;
-методом пробной массы - Мп, которую устанавливают под прямым углом к «тяжелой точке», при этом ротор совершит поворот на угол j. Корректирующую массу вычисляют по формуле Мк = Мп ctg j или определят по номограмме (Рисунок №5): через точку, соответствующую пробной массе на шкале Мп, и точку, соответствующую углу отклонения от вертикали j, проводят прямую, пересечение которой с осью Мк дает величину корректирующей массы.
В качестве пробной массы можно использовать магниты или пластилин.
Метод кругового обхода
Самым подробным и наиболее точным, но и наиболее трудоемким является метод кругового обхода. Он применим и для тяжелых колес, где большое трение мешает точно определить место дисбаланса. Поверхность ротора делят на двенадцать или более равных частей и последовательно в каждой точке подбирают пробную массу Мп, которая приводит ротор в движение. По полученным данным строят диаграмму (Рисунок №6) зависимости Мп от положения ротора. Максимум кривой соответствует «легкому» месту, куда необходимо установить корректирующую массу Мк = (Мп max + Мп min )/2.
Способы устранения дисбаланса
После определения места и величины дисбаланса его необходимо устранить. Для вентиляторов и дымососов дисбаланс компенсируется противовесом, который устанавливается на внешней стороне диска рабочего колеса. Чаще всего для крепления груза используют электросварку. Этот же эффект достигается снятием металла в «тяжелом» месте на рабочих колесах насосов (по требованиям ТУ допускается снятие металла на глубину не более 1 мм в секторе не более 1800). При этом корректировку дисбаланса стараются проводить на максимальном радиусе, т. к. с увеличением расстояния от оси, возрастает влияние массы корректируемого металла на равновесие колеса.
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.
Применение статической балансировки
Статическая балансировка рабочих колес эффективное средство снижения вибрации, нагрузки на подшипники и повышения долговечности машины. Но она не панацея от всех бед. В насосах типа «К» можно ограничиться статической балансировкой, а для роторов моноблочных насосов «КМ» требуется динамическая, т. к. там возникает взаимное влияние небалансов колеса и ротора электродвигателя. Необходима динамическая балансировка и для роторов электродвигателей, где масса распределена по длине ротора. Для роторов с двумя и более колесами, имеющих массивную соединительную полумуфту (например СЭ 1250 - 140), колеса и муфта балансируются отдельно, а затем ротор в сборе балансируют динамически. В отдельных случаях длят обеспечения нормальной работы механизма необходима динамическая балансировка всего агрегата в собственных подшипниках.
Точная статическая балансировка - это необходимая , но иногда не достаточная основа надежной и долговечной работы агрегата.
Если у вас, после прочтения этой статьи возникли какие то вопросы по статической балансировке - пишите в комментариях вопросы, постараюсь ответить.
Информация по подобным темам - смотрите содержание канала.
