Статическая и динамическая балансировка дисков роторов турбин

Замена дефектных деталей ротора турбины, а также сборка, сопровождающаяся обычно пригонкой деталей, могут быть причиной появления одной или нескольких неуравновешенных масс. В зависимости от расположения этих масс неуравновешенность может быть статической или динамической.

Ротор, неуравновешенные массы которого приводятся к одной массе, создающей центробежную силу при его вращении, называется статически неуравновешенным. Ротор, неуравновешенные массы которого при вращении создают две центробежные силы, противоположно направленные и не лежащие в одной плоскости, перпендикулярной к оси ротора, считается динамически неуравновешенным. В этом случае уравновешивание ротора может быть осуществлено только динамической балансировкой.

Статическая балансировка производится на балансировочном приспособлении (рис. 97), состоящем из жестких опор 4 с укрепленными на них призмами-ножами 3, расположенными в одной горизонтальной плоскости, строго по уровню или ватерпасу. Поверхность призм закалена и шлифована. Статическая балансировка диска основана на его свойстве поворачиваться под действием момента неуравновешенной силы и приходить в состояние покоя при расположении тяжелого места в наинизшем положении.

При балансировке диск 1 насаживают на специальную оправку 2 строго перпендикулярно к ее оси и вместе с оправкой устанавливают на призмы 3 опор 4 приспособления, прокатывая диск сначала в одну, а затем в другую сторону. При наличии неуравновешенности более тяжелая часть диска окажется внизу. Затем на противоположной стороне диска прикрепляют груз (между лопатками) и вновь прокатывают диск по призмам, подбирая груз по массе таким, чтобы диск устанавливался в любом положении при прокатывании его по призмам; это указывает на то, что центр тяжести диска совместно с добавленным грузом переместился в его геометрический центр.

Закончив балансировку, уравновешивающий груз взвешивают и, сняв с утяжеленной стороны диска соответствующее количество металла, взвешивают его. Массу и место снимаемого металла определяют из отношения gl—pr, где g — масса навешиваемого груза; l — плечо навешиваемого груза; р — масса металла, подлежащего снятию; г — расстояние до места, где будет сниматься металл. Поскольку l всегда больше г (так как неуравновешенный груз подвешивают между лопатками, а снимают металл у обода диска), то масса снимаемого металла практически больше массы подвешенного неуравновешенного груза. Сняв необходимое количество металла, вновь проверяют уравновешенность диска. Статическая балансировка считается выполненной, если оставшаяся после балансировки неуравновешенность диска создает неуравновешенную центробежную силу не более 4—5% массы диска. При подвешивании такого груза к диску в вертикальной плоскости, не проходящей через центр диска, последний будет страгиваться с места. Чтобы облегчить определение утяжеленной части диска, намечают ряд точек, обычно восемь, деля окружность диска на восемь равных частей (1—8 на рис. 97).

Из известных методов динамической балансировки роторов турбин наибольшее распространение получил метод «обхода грузом». Балансировка по этому методу включает два этапа: определение положения уравновешивающего груза и определение массы уравновешивающего груза.

Динамическую балансировку производят на специальных балансировочных станках (рис. 98). Ротор 5 турбины устанавливают на подшипники 2 раздвижных стоек 4 станка. Каждый подшипник соединен со станиной станка пружиной 9, расклиненной клиньями 10. Толщину пружин выбирают в зависимости от массы ротора. Каждый из подшипников может быть либо застопорен устройством 1, либо освобожден, и тогда он совершает колебательное движение. Ротор вращается электродвигателем 7 через быстродействующую магнитную муфту 6.

Колебание подшипников записывается самопишущим прибором 8 на барабане 3 или определяется индикатором.

Во время балансировки с помощью электродвигателя вращают ротор, поочередно открывая подшипники и определяя, при какой частоте вращения наблюдается максимальная амплитуда колебаний системы ротора и опор. Балансировку начинают с того конца ротора, который имеет наибольшую неуравновешенность (наибольшую амплитуду колебаний), например в плоскости I—I. Крайний диск в этой плоскости делят по окружности на восемь равных частей. Затем пробный груз последовательно устанавливают между лопатками в каждую из восьми точек диска, вращая в каждом случае диски и записывая амплитуды колебаний. Очевидно, что чем ближе пробный груз расположен по окружности к неуравновешенной массе, тем больше амплитуда колебаний. По полученным амплитудам колебаний на развертке окружности строят кривую (синусоиду), по которой определяют место, где необходимо укрепить уравновешивающий груз.

Затем переходят ко второму этапу работы. Уменьшая или увеличивая массу уравновешивающего груза (в одной и той же точке), находят наименьшую амплитуду колебания подшипника и временно закрепляют найденный уравновешивающий груз в данной точке, после чего приступают к балансировке второй стороны ротора в плоскости II—II таким же путем, т. е. закрепив опору (подшипник) в плоскости I—I, при открытом подшипнике в сечении II—II балансируют эту сторону ротора. После балансировки обеих сторон специальным расчетом, предусмотренным инструкцией по балансировке, определяют массы уравновешивающих грузов на противоположные опоры с учетом их взаимного влияния. Заканчивают балансировку ротора контрольной проверкой, для чего освобождают подшипники от стопоров, сообщают ротору критическую частоту вращения и проверяют амплитуду колебаний обоих подшипников. Зная расположение грузов и их массу, изготовляют постоянные грузы и закрепляют их на дисках или снимают металл в утяжеленных местах, если масса неуравновешенного груза (дебаланс) невелика.