Как проверить балансировку ротора электродвигателя?

Чтобы проверить балансировку ротора электродвигателя, необходимо:

1. 01Провести визуальную и геометрическую дефектацию ротора.
2. 02Проверить биение вала, посадок, сердечника, коллектора или контактных колец.
3. 03Убедиться в отсутствии ослабленных деталей.
4. 04Определить полную конфигурацию ротора для балансировки.
5. 05Проверить правильность учёта шпонки.
6. 06Установить ротор на балансировочный станок.
7. 07Проверить состояние и настройку опор станка.
8. 08Ввести правильные геометрические параметры ротора.
9. 09Провести контрольный разгон.
10. 10Измерить начальный дисбаланс в корректирующих плоскостях.
11. 11Определить массу и угловое положение коррекции.
12. 12Добавить или удалить материал в разрешённых местах.
13. 13Повторить разгон.
14. 14Подтвердить остаточный дисбаланс.
15. 15Провести контрольный перестановочный или проверочный тест, если он предусмотрен методикой.
16. 16Оформить протокол балансировки.
17. 17После сборки двигателя проверить вибрацию на холостом ходу.
18. 18После монтажа агрегата проверить вибрацию в рабочем режиме.

Дисбаланс — это состояние, при котором главная центральная ось инерции ротора не совпадает с его осью вращения. Проще говоря, масса ротора распределена неравномерно, поэтому при вращении возникает центробежная сила. Дисбаланс характеризуется произведением неуравновешенной массы на радиус её расположения (U = m·r), поэтому одна и та же величина дисбаланса может быть создана большой массой на малом радиусе или малой массой на большом радиусе — например, 10 г на радиусе 100 мм создают такой же дисбаланс, как 20 г на радиусе 50 мм.

При вращении неуравновешенная масса создаёт центробежную силу, которая зависит от квадрата угловой скорости (F = m·r·ω²). При увеличении частоты вращения в два раза центробежная сила возрастает примерно в четыре раза. Именно поэтому балансировка особенно критична для двухполюсных электродвигателей, высокоскоростных роторов, длинных роторов, турбомашин, роторов с тяжёлыми вентиляторами, роторов с крупными полумуфтами, машин с малыми подшипниковыми зазорами и оборудования с жёсткими требованиями к вибрации.

Статический дисбаланс

Возникает, когда центр масс ротора смещён относительно оси вращения, но дисбаланс условно можно скорректировать в одной поперечной плоскости. При установке ротора на опоры тяжёлая точка стремится оказаться внизу. Характерен для узких дисков, коротких вентиляторов, шкивов, маховиков и коротких роторов с малым отношением длины к диаметру. Его иногда можно выявить на ножевых или роликовых опорах без вращения на рабочей скорости, но статическое равновесие не гарантирует динамической сбалансированности длинного ротора.

Моментный дисбаланс

Возникает, когда в разных плоскостях ротора расположены равные по величине, но противоположно направленные дисбалансы. Центр масс может оставаться на оси, поэтому при статической проверке ротор не всегда поворачивается тяжёлой точкой вниз. При вращении такая система создаёт момент, который раскачивает ротор и нагружает опоры в противоположных фазах — его невозможно полностью устранить коррекцией только в одной плоскости.

Динамический дисбаланс

Самое распространённое реальное состояние длинного ротора — комбинация статического и моментного дисбалансов. Для его устранения обычно нужны как минимум две корректирующие плоскости. Динамическая балансировка позволяет определить величину дисбаланса со стороны привода и с противоположной стороны, угловое положение коррекции в каждой плоскости и остаточный дисбаланс после коррекции.

Жёсткий ротор

Ротор считают жёстким в конкретном рабочем диапазоне, если при балансировке его упругая деформация существенно не влияет на распределение дисбаланса. Такой ротор можно сбалансировать на скорости ниже рабочей, и результат останется пригодным в рабочем режиме. Большинство промышленных роторов электродвигателей балансируют как жёсткие.

Гибкий ротор

Меняет форму под действием центробежных сил при приближении к критическим скоростям. Для него недостаточно обычной низкоскоростной двухплоскостной балансировки — может понадобиться многоплоскостная балансировка, балансировка на высокой скорости, контроль формы колебаний, специальный стенд или вакуумная камера, модальный анализ и контроль во время разгона и выбега. Нельзя автоматически переносить методику жёсткого ротора на длинные высокоскоростные роторы генераторов, турбин или компрессоров.

Для ротора промышленного электродвигателя статическую проверку можно использовать как предварительную, но окончательное подтверждение обычно должно выполняться динамически.

После балансировки определённая небольшая неравномерность массы всегда остаётся — это и есть остаточный дисбаланс. Его оценивают отдельно для каждой плоскости, как удельный остаточный дисбаланс, в соответствии с классом точности балансировки и с учётом массы ротора и рабочей скорости. Задача балансировки состоит не в достижении математического нуля, а в обеспечении допустимого остаточного дисбаланса.

Удельный остаточный дисбаланс определяют как отношение остаточного дисбаланса к массе ротора — этот показатель имеет размерность эквивалентного смещения центра масс. Чем выше рабочая скорость, тем меньшим должен быть допустимый удельный дисбаланс для одинакового уровня динамической нагрузки.

Класс точности балансировки характеризует допустимый уровень остаточного дисбаланса с учётом скорости вращения. Выбор класса зависит от типа ротора, частоты вращения, конструкции машины, жёсткости опор, назначения оборудования, требований производителя, допустимого уровня вибрации и условий эксплуатации. Нельзя назначать одинаковый класс точности для медленного крупного ротора, высокоскоростного двухполюсного ротора, вентилятора, якоря машины постоянного тока, ротора генератора и ротора с полумуфтой.

Основным источником требований должны быть чертежи, технические условия производителя, ремонтная документация, технологическая карта, применимые стандарты и требования заказчика.

Вибрация собранного двигателя зависит не только от ротора. На результат влияют подшипники, подшипниковые щиты, фундамент, мягкая лапа, центровка, муфта, кабельные и трубные нагрузки, резонанс, жёсткость корпуса, воздушный зазор, питание, присоединённый механизм и частотный преобразователь.

Возможные ситуации:

• ротор имеет остаточный дисбаланс, но жёсткий корпус маскирует вибрацию;
• ротор сбалансирован, но двигатель вибрирует из-за несоосности;
• вибрация низкая на одной скорости из-за противофазной компенсации;
• после установки муфты уровень резко возрастает;
• резонанс фундамента усиливает небольшой дисбаланс.

Поэтому вибрационное испытание двигателя важно, но не заменяет балансировку ротора на станке.

Типичными признаками могут быть:

• доминирование составляющей на частоте вращения (1×);
• преимущественно радиальная вибрация;
• относительно стабильная фаза;
• рост амплитуды со скоростью;
• похожий характер на повторных пусках;
• снижение после установки корректирующего груза;
• одинаковое направление максимальной реакции на стабильном режиме.

Однако составляющая 1× также может быть связана с несоосностью, изгибом вала, эксцентриситетом, ослаблением, резонансом, механическим или электромагнитным дисбалансом, биением муфты или неправильной установкой датчика. Поэтому спектр нужно анализировать вместе с фазой, формой колебаний и результатами механической проверки.

Основные причины:

• неоднородность материала, погрешность литья;
• неравномерность пакета сердечника, неправильное расположение обмотки, неравномерная пропитка;
• смещение бандажей, неправильная установка вентилятора, деформация лопаток;
• отсутствующий или ослабленный балансировочный груз;
• неравномерное удаление материала;
• ремонт сердечника, замена отдельных стержней или секций, наплавка вала, металлизация посадок;
• ремонт короткозамкнутого ротора, замена коллектора, замена контактных колец, смена полумуфты;
• неправильный учёт шпонки;
• попадание смазки или загрязнения внутрь узла;
• локальное повреждение после аварии, изгиб вала, термическая деформация;
• перемещение деталей на рабочей скорости.

Балансировка нужна:

• после изготовления;
• после перемотки ротора;
• после ремонта короткозамкнутой клетки, замены стержней или короткозамыкающих колец;
• после ремонта или замены вентилятора;
• после наплавки, металлизации или правки вала;
• после механической обработки посадок;
• после замены коллектора, контактных колец или бандажей;
• после ремонта обмотки возбуждения;
• после изменения балансировочных грузов;
• после аварии, разрушения подшипника или контакта ротора со статором;
• при повышенной вибрации на 1×;
• при нестабильных результатах предыдущей балансировки.

Балансировка не должна использоваться для маскировки других дефектов. Сначала нужно устранить:

• чрезмерное биение вала, трещины;
• ослабленные детали, подвижные бандажи;
• деформированный вентилятор;
• несоосность посадок, повреждённые центровые отверстия;
• изношенные подшипниковые шейки;
• нестабильное крепление сердечника;
• дефекты коллектора, ослабленные контактные кольца;
• механическое трение, посторонние предметы;
• нестабильную конструкцию корректирующих грузов.

Ротор с механически нестабильными деталями может показывать разный дисбаланс при каждом разгоне.

Перед балансировкой необходимо проверить состояние вала, радиальное и торцевое биение, овальность посадок, конусность, центровые отверстия, сердечник, стержни короткозамкнутого ротора, короткозамыкающие кольца, вентиляторы, бандажи, обмотку, балансировочные кольца и грузы, коллектор, контактные кольца, шпоночные пазы, резьбовые соединения и места возможного трения. Для ответственных роторов целесообразно выполнить неразрушающий контроль вала и напряжённых деталей.

Ротор нужно балансировать в конфигурации, максимально близкой к рабочей. Нужно определить, входят ли в балансировочную сборку вентилятор, балансировочные кольца, контактные кольца, коллектор, полумуфта, шпонка, стопорные элементы, крепёжные болты, защитные диски, уплотнительные кольца, рабочее колесо и другие детали, вращающиеся вместе с валом. Если часть деталей будет балансироваться отдельно, необходимо обеспечить правильное взаимное угловое положение при окончательной сборке.

Вентилятор может быть значительным источником дисбаланса из-за деформированных лопаток, налипания, коррозии, ремонта сваркой, разной массы лопаток, неправильной посадки, эксцентриситета ступицы или смещения крепления. Перед балансировкой ротора вентилятор нужно очистить, осмотреть, проверить геометрию, биение и крепление, убедиться в отсутствии трещин — балансировка загрязнённого вентилятора не имеет смысла, поскольку после очистки распределение массы изменится.

Шпоночное соединение — одна из самых распространённых причин ошибок балансировки. Ротор, полумуфта, шкив или другая деталь могут балансироваться с полной шпонкой, с половиной шпонки, без шпонки или по специальной методике производителя. Если вал и полумуфту сбалансировали по разным правилам, после сборки возникнет искусственный дисбаланс. Необходимо документировать метод учёта шпонки, её длину, материал, фактическую конфигурацию, состояние шпоночного паза и положение шпонки во время балансировки — нельзя произвольно оставлять полную шпонку в открытом пазу без понимания методики.

Для динамической балансировки применяют станки с мягкими опорами, станки с жёсткими опорами, горизонтальные и вертикальные балансировочные станки, дорезонансные и зарезонансные системы, специальные станки для якорей, высокоскоростные балансировочные стенды и мобильные системы балансировки в собственных подшипниках. Для ротора электродвигателя чаще всего используют горизонтальный двухплоскостной балансировочный станок.

Станок с мягкими опорами

Опоры имеют относительно низкую собственную частоту и заметно перемещаются под действием дисбаланса; система измеряет колебания опор. Преимущества: высокая чувствительность, пригодность для широкого диапазона роторов. Ограничения: важна правильная скорость, требуется точная калибровка, система чувствительна к внешним вибрациям.

Станок с жёсткими опорами

Опоры перемещаются мало, а система измеряет силы реакции. Преимущества: возможность предварительной калибровки, удобство для серийных работ, стабильность при смене ротора в пределах диапазона. Ограничения: требования к правильному вводу геометрии, потребность в исправных датчиках и опорах, ограничения по массе и размерам.

Перед установкой ротора нужно проверить горизонтальность станка, фундамент, крепление, чистоту опор, состояние роликов и их собственное биение, состояние ремённого или карданного привода, исправность датчиков, калибровку, правильность электрических соединений, защитные ограждения, аварийную остановку, допустимую массу ротора, диапазон диаметров шеек и допустимую скорость. Посторонняя вибрация от соседнего оборудования может влиять на измерения, особенно при малом остаточном дисбалансе.

Ротор устанавливают по поверхностям, обеспечивающим стабильную ось вращения — чаще всего это подшипниковые шейки, технологические шейки, специальные оправки, цапфы или балансировочные шпиндели. Перед установкой нужно очистить шейки, проверить их диаметр, овальность и шероховатость, убедиться в отсутствии задиров, проверить ролики и обеспечить правильное осевое положение. Ротор не должен касаться неподвижных деталей, перемещаться осевым образом при разгоне, скользить по роликам, создавать нестабильный контакт или превышать допустимую нагрузку опор.

Для правильного расчёта коррекции в систему вводят расстояние между опорами, положение левой и правой корректирующих плоскостей, расстояния от плоскостей до опор, радиусы коррекции, массу ротора, тип ротора, рабочую скорость или класс точности, единицы измерения и допустимый остаточный дисбаланс.

Корректирующие плоскости должны быть конструктивно пригодны для установки или удаления массы, иметь достаточный радиус, быть жёстко связаны с ротором, не создавать опасной концентрации напряжений, обеспечивать надёжное закрепление груза и соответствовать чертежу и технологии. Типичные плоскости: балансировочные кольца, торцы сердечника, специальные пазы, диски вентилятора, балансировочные шайбы, технологические бобышки и предусмотренные отверстия. Нельзя произвольно сверлить вал, подшипниковые шейки или напряжённые элементы.

Одноплоскостная балансировка

Применяют, когда ротор короткий, основной дисбаланс сосредоточен в одной плоскости, отношение длины к диаметру небольшое, конструкция работает как узкий диск, реакции опор допускают такую модель и методика производителя это допускает. Коррекция выполняется в одной плоскости путём добавления, удаления или перемещения массы. Для длинного ротора двигателя одной плоскости часто недостаточно.

Двухплоскостная балансировка

Позволяет устранить статическую и моментную составляющие дисбаланса жёсткого ротора. Станок определяет отдельную коррекцию в плоскости со стороны привода и в плоскости с противоположной стороны — для каждой плоскости система показывает величину корректирующей массы, угол, радиус и остаточный дисбаланс. После внесения коррекции выполняют повторный разгон и уточнение.

Если станок или мобильная система не имеет готовой калибровки для конкретной конфигурации, применяют пробный груз, предназначенный определить, как ротор и измерительная система реагируют на известное изменение массы. Пробный груз должен иметь точно известную массу, известный радиус, точное угловое положение, надёжное временное крепление, достаточное влияние на сигнал и безопасную конструкцию. Слишком малый груз не даст достоверного изменения, чрезмерный может создать опасную вибрацию.

При выборе массы пробного груза учитывают массу ротора, скорость, радиус, начальную вибрацию, жёсткость опор, допустимую нагрузку, рекомендации прибора и опыт работы с аналогичными роторами — не следует использовать случайный груз без предварительной оценки.

Временный груз должен быть защищён от отрыва — возможные методы: болтовое крепление, специальный балансировочный паз, технологический зажим или другое предусмотренное конструкцией решение. Не допускаются ненадёжные методы, в частности слабое приклеивание, проволока без расчёта, магнит без механической фиксации, груз на загрязнённой поверхности или крепление вблизи неподвижных деталей без контроля зазора. Перед разгоном нужно проверить прочность, направление центробежной силы, зазор, максимальную допустимую скорость и ограждение зоны.

Добавление массы

Применяют болтовые грузы, балансировочные шайбы, специальные пластины, грузы в пазах или заводские балансировочные элементы. Преимущества: возможность корректировки, отсутствие удаления основного материала, удобство повторной настройки. Недостатки: риск ослабления, ограничения по месту, необходимость надёжной фиксации, дополнительная нагрузка на деталь.

Удаление массы

Применяют сверление, фрезерование, шлифование или удаление материала со специальных бобышек. Преимущества: отсутствие дополнительного крепления, постоянная коррекция. Недостатки: необратимость, риск ослабления детали, опасность повреждения обмотки или сердечника, ограничение чертежом.

Перемещение массы

Существующие балансировочные грузы переставляют в новое положение — это допускается только при исправных пазах, резьбах и элементах фиксации.

Если станок показал коррекцию на одном радиусе, а фактически груз можно установить на другом, сохраняют одинаковый момент дисбаланса (m₁·r₁ = m₂·r₂) — чем больше радиус коррекции, тем меньшая нужна масса. При пересчёте нужно учитывать фактический центр массы груза, точный радиус, угловое положение, толщину детали и смещение между плоскостями.

Если коррекция выполняется сверлением, необходимо определить объём и массу удаляемого материала, учитывая диаметр отверстия, глубину, плотность материала, радиус центра удалённого объёма, допустимую глубину, минимальное расстояние до края и прочность детали. Нельзя сверлить «на глаз» без контроля фактически удалённой массы — для сложных отверстий, фрезерованных пазов или нескольких точек коррекции нужен расчёт суммарного вектора дисбаланса.

Балансировочный станок может показывать тяжёлую точку, место добавления или удаления массы, угол по направлению вращения или против него. Перед коррекцией нужно чётко определить, где расположен условный 0°, с какой стороны смотрят на ротор, какое направление отсчёта используется, показывает ли система место добавления или удаления и не перепутаны ли плоскости. Ошибка на 180° ухудшит дисбаланс вместо его уменьшения.

На роторе создают стабильную угловую метку — шпоночный паз, специальную риску, отметку на балансировочном кольце, заводскую метку или контрольное отверстие. Метка должна быть чёткой, не исчезать после очистки, не повреждать деталь, оставаться одинаковой для всех разгонов и быть указанной в протоколе.

1. 01Идентифицировать ротор — тип, заводской номер, массу, рабочую скорость, конструкцию, историю ремонта.
2. 02Провести дефектацию — проверить вал, посадки, сердечник, обмотки, вентиляторы и крепление.
3. 03Измерить биение — зафиксировать геометрию до балансировки.
4. 04Определить комплектацию — установить все детали, которые должны входить в балансировочную сборку.
5. 05Определить правило шпонки и зафиксировать его в технологии.
6. 06Установить ротор на станок, обеспечив правильные опоры и осевое положение.
7. 07Ввести геометрию — расстояния, радиусы, плоскости, массу и допустимые значения.
8. 08Провести медленный контрольный пуск, убедившись в отсутствии трения, нестабильности и опасного биения.
9. 09Выполнить начальный разгон, зафиксировав дисбаланс и фазу в обеих плоскостях.
10. 10Оценить повторяемость — провести как минимум ещё один разгон без изменения ротора.
11. 11Внести первичную коррекцию — добавить, удалить или переместить массу.
12. 12Повторить измерение, оценив реакцию на коррекцию.
13. 13Выполнить уточнение, уменьшив остаточный дисбаланс до допустимого уровня.
14. 14Проверить на другой скорости, если это предусмотрено методикой или есть подозрение на нестабильность.
15. 15Выполнить подтверждение — провести контрольный разгон и проверку остаточного дисбаланса.
16. 16Зафиксировать грузы — затянуть, застопорить и промаркировать.
17. 17Повторно проверить — после окончательной фиксации провести финальный разгон.
18. 18Оформить протокол, сохранив начальные и конечные результаты.

Если ротор показывает разные значения дисбаланса при каждом разгоне, балансировку нельзя считать достоверной. Возможные причины нестабильности: ослабленная деталь, перемещение обмотки, нестабильный вентилятор, скольжение по роликам, осевое перемещение, дефект привода, нестабильная опора, загрязнение роликов, электрическая помеха, неправильный датчик фазы, термическая деформация, близость к резонансу или недостаточное время стабилизации скорости. До устранения причины не следует продолжать произвольно добавлять грузы.

После достижения допустимого остаточного дисбаланса точность результата можно подтвердить контрольным грузом: в выбранной плоскости устанавливают точно известный груз, проводят разгон, проверяют, правильно ли система определяет добавленный дисбаланс, груз переставляют или снимают в соответствии с методикой и сравнивают результат с расчётом. Такой тест помогает выявить ошибку калибровки, неправильный угол, ошибку радиуса, низкую чувствительность или нестабильность системы.

Финальная проверка должна подтверждать допустимый остаточный дисбаланс в каждой плоскости, стабильность фазы, повторяемость, надёжность грузов, отсутствие опасной вибрации и трения и правильную работу привода станка. Результат «0» на экране без протокола и проверки не является достаточным доказательством качественной балансировки.

После установки ротора в электродвигатель проводят испытание на холостом ходу. Измеряют вибрацию на подшипниковом щите со стороны привода и с противоположной стороны, в горизонтальном, вертикальном и осевом направлениях, на корпусе, а при необходимости — непосредственно на валу бесконтактными датчиками. Фиксируют общий уровень, спектр, амплитуду 1×, фазу, частоту вращения, температуру, время после пуска и направление измерения.

Амплитуда показывает величину колебаний, а фаза — их положение относительно вращения ротора. Стабильная фаза на 1× часто поддерживает версию дисбаланса. Нестабильная или резко меняющаяся фаза может указывать на ослабление, трение, резонанс, нестабильную скорость, подвижную деталь, электрическую нестабильность или погрешность тахометрической метки. Фазовый анализ особенно важен при балансировке в собственных подшипниках.

Несоосность

Дисбаланс часто проявляется преимущественно радиально, на 1×, со стабильной фазой и пропорциональным ростом со скоростью. Несоосность может проявляться высокой осевой вибрацией, гармониками 1×, 2× (иногда выше), разными фазами на двух сторонах муфты, нагревом муфты или подшипника и изменением после центровки. Но реальные признаки могут перекрываться, поэтому нужна комплексная проверка.

Изгиб вала

Изогнутый вал также может создавать сильную составляющую 1×. Признаки возможного изгиба: повышенное индикаторное биение, фазово согласованное биение в нескольких сечениях, нестабильная балансировка, сохранение вибрации после коррекции, изменение воздушного зазора, проблемы уплотнений и биение муфты. Поэтому перед балансировкой обязательно проверяют геометрию вала.

Резонанс

При резонансе даже небольшой дисбаланс может создать очень высокую вибрацию. Признаки: резкий рост амплитуды в узком диапазоне скорости, значительное изменение фазы при прохождении критической частоты, снижение вибрации после дальнейшего увеличения скорости и высокая чувствительность к жёсткости фундамента. Добавление балансировочных грузов может уменьшить силу возбуждения, но не устраняет сам резонанс конструкции.

Механическое ослабление

Может создавать нестабильную фазу, гармоники частоты вращения, удары, нелинейную зависимость от скорости и разные результаты при повторных пусках. Нужно проверить лапы, фундаментные болты, подшипниковые щиты, крышки, посадки подшипников, крепление сердечника, вентилятор и балансировочные грузы — балансировка ослабленной системы не даёт стабильного результата.

Электромагнитная асимметрия

Также может создавать радиальные силы из-за неравномерного воздушного зазора, межвиткового замыкания, дефекта ротора, перекоса напряжений, асимметрии обмоток или эксцентриситета. Практические признаки: вибрация резко меняется после отключения питания, присутствуют электрические частотные составляющие, уровень зависит от напряжения, есть токовая асимметрия, а вибрация меняется с нагрузкой не так, как ожидается для чисто механического дисбаланса.

Иногда ротор невозможно демонтировать, или балансировочный станок не воспроизводит реальные условия. Тогда применяют полевую балансировку собранной машины — нужны виброанализатор, фазовый датчик, тахометрическая метка, возможность безопасно установить пробные грузы, доступ к корректирующим плоскостям и стабильный режим работы.

Преимущества: учитываются реальные опоры, полумуфта или рабочее колесо, можно уменьшить вибрацию агрегата без демонтажа. Недостатки: результат включает всю машину, трудно отделить другие дефекты, ограниченный доступ, повышенные риски, нужна стабильная скорость и не всегда можно достичь требований к самому ротору. Полевая балансировка не должна заменять ремонт кривого или повреждённого ротора.

Одноканальная полевая балансировка использует один датчик вибрации и может быть пригодна для короткого ротора, одной корректирующей плоскости или простой механической системы. Двухканальная или многоканальная позволяет одновременно контролировать реакции двух опор и выполнять двухплоскостную балансировку — это лучше для длинных роторов, двигателей с двумя доступными плоскостями и агрегатов со сложной формой колебаний.

Причины ухудшения после монтажа: другая полумуфта, неправильная шпонка, перекос при монтаже, загрязнение посадки, деформация вентилятора, смещение балансировочного груза, удар при транспортировке, изгиб вала, ослабление деталей, неправильная сборка, другое осевое положение деталей или температурная деформация. Поэтому после окончательной сборки нужна контрольная проверка вибрации.

Причины изменения балансировки после прогрева: термический изгиб, перемещение обмотки, неравномерное расширение, изменение посадки вентилятора, выход смазки или влаги, деформация бандажей, изменение жёсткости опор, нагрев подшипников или изменение воздушного зазора. Если холодная машина работает стабильно, а после прогрева вибрация 1× растёт, нужно проверить термическое поведение ротора и всего агрегата.

Короткозамкнутый ротор

Перед балансировкой проверяют стержни клетки, короткозамыкающие кольца, следы ремонта, трещины, пористость литья, сердечник, вентилятор, вал и балансировочные элементы. После ремонта клетки распределение массы может существенно измениться — особенно это касается замены отдельных стержней, пайки, наплавки, ремонта короткозамыкающих колец, устранения трещин и локальной механической обработки.

Фазный ротор

Имеет дополнительные элементы: обмотку, лобовые части, бандажи, контактные кольца, выводы, крепление обмотки. Перед балансировкой нужно проверить симметрию укладки, пропитку, фиксацию лобовых частей, состояние бандажей, соосность контактных колец, отсутствие подвижных проводников и надёжность соединений. Ослабленная обмотка может менять положение под действием центробежных сил, поэтому балансировка будет нестабильной.

Якорь машины постоянного тока

Для якоря проверяют коллектор, обмотку, бандажи, клинья, вентилятор, вал, посадки и балансировочные кольца. Коллектор имеет значительную массу и может существенно влиять на дисбаланс. После замены коллектора, проточки, перемотки, замены бандажей или ремонта секций якорь нужно повторно балансировать; также необходимо проверить радиальное биение коллектора, поскольку балансировка не устраняет его геометрическую овальность или эксцентриситет.

Ротор синхронной машины

В синхронных роторах контролируют полюса, катушки возбуждения, демпферные элементы, бандажи, вентиляторы, контактные кольца, полюсные наконечники и крепёжные детали. Разная масса полюсов или катушек может создавать значительный дисбаланс — после ремонта одного полюса нужно оценить его массу, распределение материала, геометрию, взаимное положение и прочность крепления.

Ротор с полумуфтой

Существуют варианты: балансировка ротора без полумуфты, отдельная балансировка полумуфты, балансировка ротора вместе с полумуфтой или окончательная полевая балансировка агрегата. Выбор зависит от посадки, повторяемости установки, шпоночного правила, требований производителя, скорости и конструкции муфты. Если полумуфта устанавливается каждый раз в другом угловом положении, совместная балансировка может потерять смысл без чёткой маркировки.

Больше двух плоскостей может понадобиться для гибкого ротора, ротора с несколькими критическими формами, очень длинного ротора, высокоскоростной машины, сложного ротора с разнесёнными массами или ротора, который меняет форму на рабочей скорости. Такую работу не следует выполнять как обычную двухплоскостную балансировку без специального анализа.

Скорость балансировки выбирают с учётом типа станка, массы ротора, диаметра, подшипниковых шеек, жёсткости, критических скоростей, привода, требований безопасности и калибровки системы. Для жёсткого ротора скорость балансировки может быть значительно ниже рабочей, но она должна обеспечивать достаточный сигнал, не проходить через опасный резонанс, не превышать ограничения станка, не создавать скольжение и быть стабильной во время измерения.

Ротор, вращающийся на станке, является источником повышенной опасности: возможны отрыв пробного груза, разрушение вентилятора, выход ротора из опор, захват одежды, разрушение приводного ремня, контакт с вращающимися деталями, отрыв ослабленного элемента и чрезмерная вибрация. Необходимо использовать ограждения, проверять крепление, не находиться в плоскости возможного выброса, применять дистанционный пуск, иметь аварийную остановку, постепенно повышать скорость, не превышать допустимый режим, останавливать станок при нестабильности и не прикасаться к ротору до полной остановки.

1. 01Отсутствие проверки биения вала.
2. 02Балансировка ротора с ослабленным вентилятором.
3. 03Неправильный ввод расстояний между плоскостями.
4. 04Ввод диаметра вместо радиуса.
5. 05Перепутанные левая и правая плоскости.
6. 06Неправильное направление отсчёта угла.
7. 07Ошибка на 180° между добавлением и удалением массы.
8. 08Неправильный учёт шпонки.
9. 09Отсутствие нулевой угловой метки.
10. 10Недостаточное крепление пробного груза.
11. 11Слишком малая или чрезмерная масса пробного груза.
12. 12Загрязнённые или битые ролики.
13. 13Скольжение ротора, осевое перемещение.
14. 14Вибрация от соседнего оборудования.
15. 15Балансировка в несоответствующей комплектации.
16. 16Отсутствие повторного разгона после окончательной фиксации грузов.
17. 17Оценка только общей вибрации без фазы.
18. 18Попытка устранить резонанс балансировкой.
19. 19Отсутствие проверки после сборки двигателя.
20. 20Отсутствие протокола начального и остаточного дисбаланса.

Чего не стоит делать:

• балансировать ротор с кривым валом — балансировочные грузы не восстанавливают геометрию;
• балансировать загрязнённый ротор — после очистки распределение массы изменится;
• игнорировать ослабленные детали — нестабильный ротор невозможно качественно сбалансировать;
• использовать случайную комплектацию без чёткого определения состава;
• забывать о шпонке — неправильное правило шпонки создаёт искусственный дисбаланс;
• сверлить вал без разрешённой технологии;
• устанавливать ненадёжные грузы;
• делать вывод по одному разгону;
• доверять только показанию «0» без подтверждения и протокола;
• путать дисбаланс с несоосностью;
• балансировать из-за чрезмерной вибрации без диагностики причины;
• изменять несколько параметров одновременно.

Ротор сбалансирован на станке, но двигатель вибрирует

Возможные причины: неправильная центровка, мягкая лапа, дефект муфты, подшипники, деформация щита, неравномерный воздушный зазор, резонанс фундамента, электромагнитная асимметрия или ошибка сборки. Нужна диагностика собранного агрегата, а не автоматическая повторная балансировка.

Результаты меняются при каждом пуске станка

Возможны: ослабленный вентилятор, подвижный балансировочный груз, скольжение по роликам, осевое перемещение, дефект датчика фазы, нестабильная скорость или перемещение обмотки. Продолжать коррекцию без локализации причины нельзя.

После добавления груза дисбаланс вырос

Причины: перепутано место добавления и удаления, ошибка угла, неправильный ноль, ошибка плоскости, неправильная масса или радиус, нестабильный ротор. Нужно проверить исходные данные и систему отсчёта.

После очистки ротор потерял балансировку

Загрязнение имело массу и входило в предыдущее распределение. Балансировать нужно только чистый и сухой ротор в стабильном состоянии.

Вибрация высокая только на рабочей скорости

Возможны: резонанс, гибкое поведение ротора, термический изгиб, перемещение детали под действием центробежной силы или недостаточность низкоскоростной балансировки. Нужен анализ разгона, выбега и критических скоростей.

После замены подшипников вибрация выросла

Нужно проверить посадки, внутренний зазор, монтаж, перекос щитов, биение вала, центровку, предварительный натяг и состояние фундамента. Сам ротор мог остаться сбалансированным.

После балансировки нужно очень много груза

Это может указывать на неправильную геометрию в системе, неправильный радиус, ошибку угла, значительный механический дефект, отсутствующую деталь, деформированный вентилятор, неправильную комплектацию или большой начальный дисбаланс после ремонта. Перед добавлением чрезмерной массы нужно повторно проверить ротор.

После завершения работы нужно убедиться в допустимом остаточном дисбалансе, повторить контрольный разгон, проверить повторяемость, надёжно закрепить грузы, застопорить резьбовые элементы, проверить зазоры, осмотреть места удаления материала, убедиться в отсутствии трещин, повторно измерить биение, проверить состояние шеек, зафиксировать угловые метки, оформить протокол, после сборки проверить вибрацию двигателя, а после монтажа — агрегат под нагрузкой.

Протокол должен содержать:

• наименование оборудования, тип электродвигателя, заводской номер, обозначение ротора;
• массу ротора, рабочую частоту вращения, скорость балансировки, класс точности, допустимый остаточный дисбаланс;
• тип и заводской номер балансировочного станка, дату калибровки или проверки;
• способ установки, диаметры опорных шеек, расстояние между опорами, положение корректирующих плоскостей, радиусы коррекции, правило шпонки;
• начальный дисбаланс и угол в каждой плоскости, выполненную коррекцию, способ добавления или удаления массы, конечный остаточный дисбаланс;
• результат контрольного разгона, данные повторяемости, эскиз расположения грузов;
• заключение и подпись ответственного специалиста.

• Что такое балансировка ротора электродвигателя?
• Как измерить биение вала электродвигателя?
• Что такое ротор электродвигателя?
• Вибрационная диагностика электродвигателя
• Какие испытания проходит электродвигатель после ремонта?
• Синхронные электродвигатели: устройство и принцип работы

ООО ВКФ «Электропромремонт» выполняет комплексную диагностику, ремонт и балансировку роторов промышленных электрических машин. В перечень работ входят:

• визуальная дефектация ротора, измерение биения вала, проверка соосности посадок;
• проверка подшипниковых шеек, определение овальности и конусности, дефектоскопия вала;
• проверка сердечника, короткозамкнутой клетки, обмотки фазного ротора, якорей, обмоток возбуждения;
• проверка вентиляторов, коллекторов, контактных колец;
• статическая, одноплоскостная и двухплоскостная динамическая балансировка;
• балансировка роторов в сборе, якорей, вентиляторов, полумуфт;
• балансировка после перемотки, правки вала или восстановления посадок;
• установка и фиксация балансировочных грузов, контроль остаточного дисбаланса;
• составление протокола балансировки;
• вибрационные испытания, испытание на холостом ходу, лазерная центровка агрегатов;
• анализ причин повторной вибрации, оформление технического заключения.

Проверка балансировки ротора — это не просто оценка вибрации и не одноразовая установка балансировочного груза. Качественная работа должна включать дефектацию ротора, проверку биения, контроль вала и посадок, правильный выбор комплектации, учёт шпонки, правильную установку на станке, точный ввод геометрии, определение дисбаланса в соответствующих плоскостях, безопасную коррекцию, проверку повторяемости, подтверждение остаточного дисбаланса, надёжную фиксацию грузов и контроль после сборки двигателя.

Основные принципы:

• не балансировать ротор с неисправленными геометрическими дефектами;
• не путать дисбаланс с биением, несоосностью или резонансом;
• не оценивать результат только по общей вибрации;
• не игнорировать правило шпонки;
• не балансировать нестабильную конструкцию;
• не использовать ненадёжные грузы;
• документировать начальный и остаточный дисбаланс;
• проверять двигатель после окончательной сборки.