Як перевірити балансування ротора електродвигуна?

Щоб перевірити балансування ротора електродвигуна, необхідно:

1. 01Провести візуальну та геометричну дефектацію ротора.
2. 02Перевірити биття вала, посадок, сердечника, колектора або контактних кілець.
3. 03Переконатися у відсутності ослаблених деталей.
4. 04Визначити повну конфігурацію ротора для балансування.
5. 05Перевірити правильність урахування шпонки.
6. 06Установити ротор на балансувальний верстат.
7. 07Перевірити стан і налаштування опор верстата.
8. 08Увести правильні геометричні параметри ротора.
9. 09Провести контрольний розгін.
10. 10Виміряти початковий дисбаланс у коригувальних площинах.
11. 11Визначити масу та кутове положення корекції.
12. 12Додати або видалити матеріал у дозволених місцях.
13. 13Повторити розгін.
14. 14Підтвердити залишковий дисбаланс.
15. 15Провести контрольний перестановочний або перевірочний тест, якщо він передбачений методикою.
16. 16Оформити протокол балансування.
17. 17Після збирання двигуна перевірити вібрацію на холостому ходу.
18. 18Після монтажу агрегату перевірити вібрацію в робочому режимі.

Дисбаланс — це стан, при якому головна центральна вісь інерції ротора не збігається з його віссю обертання. Простіше кажучи, маса ротора розподілена нерівномірно, тому під час обертання виникає відцентрова сила. Дисбаланс характеризується добутком незбалансованої маси на радіус її розташування (U = m·r), тому одна й та сама величина дисбалансу може бути створена великою масою на малому радіусі або малою масою на великому радіусі — наприклад, 10 г на радіусі 100 мм створюють такий самий дисбаланс, як 20 г на радіусі 50 мм.

Під час обертання незбалансована маса створює відцентрову силу, яка залежить від квадрата кутової швидкості (F = m·r·ω²). При збільшенні частоти обертання у два рази відцентрова сила зростає приблизно у чотири рази. Саме тому балансування особливо критичне для двополюсних електродвигунів, високошвидкісних роторів, довгих роторів, турбомашин, роторів із важкими вентиляторами, роторів із великими напівмуфтами, машин із малими підшипниковими зазорами та обладнання з жорсткими вимогами до вібрації.

Статичний дисбаланс

Виникає, коли центр мас ротора зміщений відносно осі обертання, але дисбаланс умовно можна скоригувати в одній поперечній площині. При встановленні ротора на опори важка точка прагне опинитися внизу. Характерний для вузьких дисків, коротких вентиляторів, шківів, маховиків та коротких роторів із малим відношенням довжини до діаметра. Його іноді можна виявити на ножових або роликових опорах без обертання на робочій швидкості, але статична рівновага не гарантує динамічної збалансованості довгого ротора.

Моментний дисбаланс

Виникає, коли в різних площинах ротора розташовані рівні за величиною, але протилежно спрямовані дисбаланси. Центр мас може залишатися на осі, тому при статичній перевірці ротор не завжди повертається важкою точкою вниз. Під час обертання така система створює момент, який розгойдує ротор і навантажує опори в протилежних фазах — його неможливо повністю усунути корекцією тільки в одній площині.

Динамічний дисбаланс

Найпоширеніший реальний стан довгого ротора — комбінація статичного та моментного дисбалансів. Для його усунення зазвичай потрібні щонайменше дві коригувальні площини. Динамічне балансування дозволяє визначити величину дисбалансу з боку приводу та з протилежного боку, кутове положення корекції в кожній площині й залишковий дисбаланс після корекції.

Жорсткий ротор

Ротор вважають жорстким у конкретному робочому діапазоні, якщо під час балансування його пружна деформація не впливає суттєво на розподіл дисбалансу. Такий ротор можна збалансувати на швидкості, нижчій за робочу, і результат залишатиметься придатним у робочому режимі. Більшість промислових роторів електродвигунів балансують як жорсткі.

Гнучкий ротор

Змінює форму під дією відцентрових сил при наближенні до критичних швидкостей. Для нього недостатньо звичайного низькошвидкісного двоплощинного балансування — може знадобитися багатоплощинне балансування, балансування на високій швидкості, контроль форми коливань, спеціальний стенд або вакуумна камера, модальний аналіз та контроль під час розгону і вибігу. Не можна автоматично переносити методику жорсткого ротора на довгі високошвидкісні ротори генераторів, турбін або компресорів.

Для ротора промислового електродвигуна статичну перевірку можна використовувати як попередню, але остаточне підтвердження зазвичай повинно виконуватися динамічно.

Після балансування певна невелика нерівномірність маси завжди залишається — це і є залишковий дисбаланс. Його оцінюють окремо для кожної площини, як питомий залишковий дисбаланс, відповідно до класу якості балансування та з урахуванням маси ротора й робочої швидкості. Завдання балансування полягає не в досягненні математичного нуля, а в забезпеченні допустимого залишкового дисбалансу.

Питомий залишковий дисбаланс визначають як відношення залишкового дисбалансу до маси ротора — цей показник має розмірність еквівалентного зміщення центра мас. Чим вища робоча швидкість, тим меншим повинен бути допустимий питомий дисбаланс для однакового рівня динамічного навантаження.

Клас якості балансування характеризує допустимий рівень залишкового дисбалансу з урахуванням швидкості обертання. Вибір класу залежить від типу ротора, частоти обертання, конструкції машини, жорсткості опор, призначення обладнання, вимог виробника, допустимого рівня вібрації та умов експлуатації. Не можна призначати однаковий клас якості для повільного великого ротора, високошвидкісного двополюсного ротора, вентилятора, якоря машини постійного струму, ротора генератора та ротора з напівмуфтою.

Основним джерелом вимог повинні бути креслення, технічні умови виробника, ремонтна документація, технологічна карта, застосовні стандарти та вимоги замовника.

Вібрація зібраного двигуна залежить не тільки від ротора. На результат впливають підшипники, підшипникові щити, фундамент, м’яка лапа, центрування, муфта, кабельні та трубні навантаження, резонанс, жорсткість корпусу, повітряний зазор, живлення, приєднаний механізм та частотний перетворювач.

Можливі ситуації:

• ротор має залишковий дисбаланс, але жорсткий корпус маскує вібрацію;
• ротор збалансований, але двигун вібрує через неспіввісність;
• вібрація низька на одній швидкості через протифазну компенсацію;
• після встановлення муфти рівень різко зростає;
• резонанс фундаменту підсилює невеликий дисбаланс.

Тому вібраційне випробування двигуна є важливим, але не замінює балансування ротора на верстаті.

Типовими ознаками можуть бути:

• домінування складової на частоті обертання (1×);
• переважно радіальна вібрація;
• відносно стабільна фаза;
• зростання амплітуди зі швидкістю;
• подібний характер на повторних пусках;
• зменшення після встановлення коригувального вантажу;
• однаковий напрямок максимальної реакції на стабільному режимі.

Однак складова 1× також може бути пов’язана з неспіввісністю, вигином вала, ексцентриситетом, ослабленням, резонансом, механічним або електромагнітним дисбалансом, биттям муфти або неправильним установленням датчика. Тому спектр потрібно аналізувати разом із фазою, формою коливань та результатами механічної перевірки.

Основні причини:

• неоднорідність матеріалу, похибка лиття;
• нерівномірність пакета осердя, неправильне розташування обмотки, нерівномірне просочення;
• зміщення бандажів, неправильне встановлення вентилятора, деформація лопаток;
• відсутній або ослаблений балансувальний вантаж;
• нерівномірне видалення матеріалу;
• ремонт сердечника, заміна окремих стрижнів або секцій, наплавлення вала, металізація посадок;
• ремонт короткозамкненого ротора, заміна колектора, заміна контактних кілець, зміна напівмуфти;
• неправильне урахування шпонки;
• потрапляння мастила або забруднення всередину вузла;
• локальне пошкодження після аварії, вигин вала, термічна деформація;
• переміщення деталей при робочій швидкості.

Балансування потрібне:

• після виготовлення;
• після перемотування ротора;
• після ремонту короткозамкненої клітки, заміни стрижнів або короткозамикальних кілець;
• після ремонту або заміни вентилятора;
• після наплавлення, металізації або правлення вала;
• після механічної обробки посадок;
• після заміни колектора, контактних кілець або бандажів;
• після ремонту обмотки збудження;
• після зміни балансувальних вантажів;
• після аварії, руйнування підшипника або контакту ротора зі статором;
• при підвищеній вібрації на 1×;
• при нестабільних результатах попереднього балансування.

Балансування не повинно використовуватися для маскування інших дефектів. Спочатку потрібно усунути:

• надмірне биття вала, тріщини;
• ослаблені деталі, рухомі бандажі;
• деформований вентилятор;
• неспіввісність посадок, пошкоджені центрові отвори;
• зношені підшипникові шийки;
• нестабільне кріплення сердечника;
• дефекти колектора, ослаблені контактні кільця;
• механічне тертя, сторонні предмети;
• нестабільну конструкцію коригувальних вантажів.

Ротор із механічно нестабільними деталями може показувати різний дисбаланс при кожному розгоні.

Перед балансуванням необхідно перевірити стан вала, радіальне й торцеве биття, овальність посадок, конусність, центрові отвори, сердечник, стрижні короткозамкненого ротора, короткозамикальні кільця, вентилятори, бандажі, обмотку, балансувальні кільця й вантажі, колектор, контактні кільця, шпонкові пази, різьбові з’єднання та місця можливого тертя. Для відповідальних роторів доцільно виконати неруйнівний контроль вала та напружених деталей.

Ротор потрібно балансувати в конфігурації, максимально близькій до робочої. Потрібно визначити, чи входять до балансувального складання вентилятор, балансувальні кільця, контактні кільця, колектор, напівмуфта, шпонка, стопорні елементи, кріпильні болти, захисні диски, ущільнювальні кільця, робоче колесо та інші деталі, що обертаються разом із валом. Якщо частину деталей балансуватимуть окремо, необхідно забезпечити правильне взаємне кутове положення під час остаточного складання.

Вентилятор може бути значним джерелом дисбалансу через деформовані лопатки, налипання, корозію, ремонт зварюванням, різну масу лопаток, неправильну посадку, ексцентриситет маточини або зміщення кріплення. Перед балансуванням ротора вентилятор потрібно очистити, оглянути, перевірити геометрію, биття й кріплення та переконатися у відсутності тріщин — балансування забрудненого вентилятора не має сенсу, оскільки після очищення розподіл маси зміниться.

Шпонкове з’єднання — одна з найпоширеніших причин помилок балансування. Ротор, напівмуфта, шків або інша деталь можуть балансуватися з повною шпонкою, з половиною шпонки, без шпонки або за спеціальною методикою виробника. Якщо вал і напівмуфту збалансовано за різними правилами, після складання виникне штучний дисбаланс. Необхідно документувати метод урахування шпонки, її довжину, матеріал, фактичну конфігурацію, стан шпонкового паза та положення шпонки під час балансування — не можна довільно залишати повну шпонку у відкритому пазу без розуміння методики.

Для динамічного балансування застосовують верстати з м’якими опорами, верстати з жорсткими опорами, горизонтальні та вертикальні балансувальні верстати, дорезонансні й зарезонансні системи, спеціальні верстати для якорів, високошвидкісні балансувальні стенди та мобільні системи балансування у власних підшипниках. Для ротора електродвигуна найчастіше використовують горизонтальний двоплощинний балансувальний верстат.

Верстат із м’якими опорами

Опори мають відносно низьку власну частоту та помітно переміщуються під дією дисбалансу; система вимірює коливання опор. Переваги: висока чутливість, придатність для широкого діапазону роторів. Обмеження: важлива правильна швидкість, потрібне точне калібрування, система чутлива до зовнішніх вібрацій.

Верстат із жорсткими опорами

Опори переміщуються мало, а система вимірює сили реакції. Переваги: можливість попереднього калібрування, зручність для серійних робіт, стабільність при зміні ротора в межах діапазону. Обмеження: вимоги до правильного введення геометрії, потреба у справних датчиках і опорах, обмеження за масою та розмірами.

Перед установленням ротора потрібно перевірити горизонтальність верстата, фундамент, кріплення, чистоту опор, стан роликів та їхнє власне биття, стан ремінного або карданного приводу, справність датчиків, калібрування, правильність електричних з’єднань, захисні огородження, аварійну зупинку, допустиму масу ротора, діапазон діаметрів шийок та допустиму швидкість. Стороння вібрація від сусіднього обладнання може впливати на вимірювання, особливо при малому залишковому дисбалансі.

Ротор установлюють за поверхні, які забезпечують стабільну вісь обертання — найчастіше це підшипникові шийки, технологічні шийки, спеціальні оправки, цапфи або балансувальні шпинделі. Перед установленням потрібно очистити шийки, перевірити їхній діаметр, овальність і шорсткість, переконатися у відсутності задирів, перевірити ролики та забезпечити правильне осьове положення. Ротор не повинен торкатися нерухомих деталей, переміщуватися осьово під час розгону, ковзати по роликах, створювати нестабільний контакт або перевищувати допустиме навантаження опор.

Для правильного розрахунку корекції в систему вводять відстань між опорами, положення лівої та правої коригувальних площин, відстані від площин до опор, радіуси корекції, масу ротора, тип ротора, робочу швидкість або клас якості, одиниці вимірювання та допустимий залишковий дисбаланс.

Коригувальні площини повинні бути конструктивно придатними для встановлення або видалення маси, мати достатній радіус, бути жорстко пов’язаними з ротором, не створювати небезпечної концентрації напружень, забезпечувати надійне закріплення вантажу та відповідати кресленню й технології. Типові площини: балансувальні кільця, торці сердечника, спеціальні пази, диски вентилятора, балансувальні шайби, технологічні бобишки та передбачені отвори. Не можна довільно свердлити вал, підшипникові шийки або напружені елементи.

Одноплощинне балансування

Застосовують, коли ротор короткий, основний дисбаланс зосереджений в одній площині, відношення довжини до діаметра невелике, конструкція працює як вузький диск, реакції опор дозволяють таку модель і методика виробника це допускає. Корекція виконується в одній площині шляхом додавання, видалення або переміщення маси. Для довгого ротора двигуна однієї площини часто недостатньо.

Двоплощинне балансування

Дозволяє усунути статичну та моментну складові дисбалансу жорсткого ротора. Верстат визначає окрему корекцію в площині з боку приводу та в площині з протилежного боку — для кожної площини система показує величину коригувальної маси, кут, радіус і залишковий дисбаланс. Після внесення корекції виконують повторний розгін та уточнення.

Якщо верстат або мобільна система не має готового калібрування для конкретної конфігурації, застосовують пробний вантаж, призначений визначити, як ротор і вимірювальна система реагують на відому зміну маси. Пробний вантаж повинен мати точно відому масу, відомий радіус, точне кутове положення, надійне тимчасове кріплення, достатній вплив на сигнал і безпечну конструкцію. Занадто малий вантаж не дасть достовірної зміни, надмірний може створити небезпечну вібрацію.

При виборі маси пробного вантажу враховують масу ротора, швидкість, радіус, початкову вібрацію, жорсткість опор, допустиме навантаження, рекомендації приладу та досвід роботи з аналогічними роторами — не слід використовувати випадковий вантаж без попередньої оцінки.

Тимчасовий вантаж повинен бути захищений від відриву — можливі методи: болтове кріплення, спеціальний балансувальний паз, технологічний затискач або інше передбачене конструкцією рішення. Не допускаються ненадійні методи, зокрема слабке приклеювання, дріт без розрахунку, магніт без механічної фіксації, вантаж на забрудненій поверхні або кріплення поблизу нерухомих деталей без контролю зазору. Перед розгоном потрібно перевірити міцність, напрямок відцентрової сили, зазор, максимальну допустиму швидкість та огородження зони.

Додавання маси

Застосовують болтові вантажі, балансувальні шайби, спеціальні пластини, вантажі в пазах або заводські балансувальні елементи. Переваги: можливість коригування, відсутність видалення основного матеріалу, зручність повторного налаштування. Недоліки: ризик ослаблення, обмеження за місцем, необхідність надійної фіксації, додаткове навантаження на деталь.

Видалення маси

Застосовують свердління, фрезерування, шліфування або видалення матеріалу зі спеціальних бобишок. Переваги: відсутність додаткового кріплення, постійна корекція. Недоліки: незворотність, ризик ослаблення деталі, небезпека пошкодження обмотки або осердя, обмеження кресленням.

Переміщення маси

Існуючі балансувальні вантажі переставляють у нове положення — це допускається лише при справних пазах, різьбах і елементах фіксації.

Якщо верстат показав корекцію на одному радіусі, а фактично вантаж можна встановити на іншому, зберігають однаковий момент дисбалансу (m₁·r₁ = m₂·r₂) — чим більший радіус корекції, тим менша потрібна маса. Під час перерахунку потрібно враховувати фактичний центр маси вантажу, точний радіус, кутове положення, товщину деталі та зміщення між площинами.

Якщо корекція виконується свердлінням, необхідно визначити об’єм і масу матеріалу, що видаляється, враховуючи діаметр отвору, глибину, густину матеріалу, радіус центра видаленого об’єму, допустиму глибину, мінімальну відстань до краю та міцність деталі. Не можна свердлити «на око» без контролю фактично видаленої маси — для складних отворів, фрезерованих пазів або кількох точок корекції потрібен розрахунок сумарного вектора дисбалансу.

Балансувальний верстат може показувати важку точку, місце додавання або видалення маси, кут за напрямком обертання або проти нього. Перед корекцією потрібно чітко визначити, де розташований умовний 0°, з якого боку дивляться на ротор, який напрямок відліку використовується, чи показує система місце додавання або видалення та чи не переплутані площини. Помилка на 180° погіршить дисбаланс замість його зменшення.

На роторі створюють стабільну кутову мітку — шпонковий паз, спеціальну риску, позначку на балансувальному кільці, заводську мітку або контрольний отвір. Мітка повинна бути чіткою, не зникати після очищення, не пошкоджувати деталь, залишатися однаковою для всіх розгонів і бути зазначеною у протоколі.

1. 01Ідентифікувати ротор — тип, заводський номер, масу, робочу швидкість, конструкцію, історію ремонту.
2. 02Провести дефектацію — перевірити вал, посадки, сердечник, обмотки, вентилятори та кріплення.
3. 03Виміряти биття — зафіксувати геометрію до балансування.
4. 04Визначити комплектацію — установити всі деталі, які повинні входити до балансувального складання.
5. 05Визначити правило шпонки і зафіксувати його у технології.
6. 06Установити ротор на верстат, забезпечивши правильні опори та осьове положення.
7. 07Увести геометрію — відстані, радіуси, площини, масу та допустимі значення.
8. 08Провести повільний контрольний пуск, переконавшись у відсутності тертя, нестабільності та небезпечного биття.
9. 09Виконати початковий розгін, зафіксувавши дисбаланс і фазу в обох площинах.
10. 10Оцінити повторюваність — провести щонайменше ще один розгін без зміни ротора.
11. 11Внести первинну корекцію — додати, видалити або перемістити масу.
12. 12Повторити вимірювання, оцінивши реакцію на корекцію.
13. 13Виконати уточнення, зменшивши залишковий дисбаланс до допустимого рівня.
14. 14Перевірити на іншій швидкості, якщо це передбачено методикою або є підозра на нестабільність.
15. 15Виконати підтвердження — провести контрольний розгін та перевірку залишкового дисбалансу.
16. 16Зафіксувати вантажі — затягнути, застопорити та промаркувати.
17. 17Повторно перевірити — після остаточної фіксації провести фінальний розгін.
18. 18Оформити протокол, зберігши початкові та кінцеві результати.

Якщо ротор показує різні значення дисбалансу при кожному розгоні, балансування не можна вважати достовірним. Можливі причини нестабільності: ослаблена деталь, переміщення обмотки, нестабільний вентилятор, ковзання на роликах, осьове переміщення, дефект приводу, нестабільна опора, забруднення роликів, електрична перешкода, неправильний датчик фази, термічна деформація, близькість до резонансу або недостатній час стабілізації швидкості. До усунення причини не слід продовжувати довільно додавати вантажі.

Після досягнення допустимого залишкового дисбалансу точність результату можна підтвердити контрольним вантажем: у вибраній площині встановлюють точно відомий вантаж, проводять розгін, перевіряють, чи система правильно визначає доданий дисбаланс, вантаж переставляють або знімають відповідно до методики та порівнюють результат із розрахунком. Такий тест допомагає виявити помилку калібрування, неправильний кут, помилку радіуса, низьку чутливість або нестабільність системи.

Фінальна перевірка повинна підтверджувати допустимий залишковий дисбаланс у кожній площині, стабільність фази, повторюваність, надійність вантажів, відсутність небезпечної вібрації й тертя та правильну роботу приводу верстата. Результат «0» на екрані без протоколу та перевірки не є достатнім доказом якісного балансування.

Після встановлення ротора в електродвигун проводять випробування на холостому ходу. Вимірюють вібрацію на підшипниковому щиті з боку приводу та з протилежного боку, у горизонтальному, вертикальному й осьовому напрямках, на корпусі, а за потреби — безпосередньо на валу безконтактними датчиками. Фіксують загальний рівень, спектр, амплітуду 1×, фазу, частоту обертання, температуру, час після пуску та напрямок вимірювання.

Амплітуда показує величину коливань, а фаза — їхнє положення відносно обертання ротора. Стабільна фаза на 1× часто підтримує версію дисбалансу. Нестабільна або різко змінна фаза може вказувати на ослаблення, тертя, резонанс, нестабільну швидкість, рухому деталь, електричну нестабільність або похибку тахометричної мітки. Фазовий аналіз особливо важливий при балансуванні у власних підшипниках.

Неспіввісність

Дисбаланс часто проявляється переважно радіально, на 1×, зі стабільною фазою та пропорційним зростанням із швидкістю. Неспіввісність може проявлятися високою осьовою вібрацією, гармоніками 1×, 2× (іноді вище), різними фазами на двох сторонах муфти, нагрівом муфти або підшипника та зміною після центрування. Але реальні ознаки можуть перекриватися, тому потрібна комплексна перевірка.

Вигин вала

Вигнутий вал також може створювати сильну складову 1×. Ознаки можливого вигину: підвищене індикаторне биття, фазово узгоджене биття в декількох перерізах, нестабільне балансування, збереження вібрації після корекції, зміна повітряного зазору, проблеми ущільнень та биття муфти. Тому перед балансуванням обов’язково перевіряють геометрію вала.

Резонанс

При резонансі навіть невеликий дисбаланс може створити дуже високу вібрацію. Ознаки: різке зростання амплітуди у вузькому діапазоні швидкості, значна зміна фази при проходженні критичної частоти, зменшення вібрації після подальшого збільшення швидкості та висока чутливість до жорсткості фундаменту. Додавання балансувальних вантажів може зменшити силу збудження, але не усуває сам резонанс конструкції.

Механічне ослаблення

Може створювати нестабільну фазу, гармоніки частоти обертання, удари, нелінійну залежність від швидкості та різні результати при повторних пусках. Потрібно перевірити лапи, фундаментні болти, підшипникові щити, кришки, посадки підшипників, кріплення сердечника, вентилятор та балансувальні вантажі — балансування ослабленої системи не дає стабільного результату.

Електромагнітна асиметрія

Також може створювати радіальні сили через нерівномірний повітряний зазор, міжвиткове замикання, дефект ротора, перекіс напруг, асиметрію обмоток або ексцентриситет. Практичні ознаки: вібрація різко змінюється після відключення живлення, присутні електричні частотні складові, рівень залежить від напруги, є струмова асиметрія, а вібрація змінюється з навантаженням не так, як очікується для чистого механічного дисбалансу.

Іноді ротор неможливо демонтувати, або балансувальний верстат не відтворює реальні умови. Тоді застосовують польове балансування зібраної машини — потрібні віброаналізатор, фазовий датчик, тахометрична мітка, можливість безпечно встановити пробні вантажі, доступ до коригувальних площин і стабільний режим роботи.

Переваги: ураховуються реальні опори, напівмуфта або робоче колесо, можна зменшити вібрацію агрегату без демонтажу. Недоліки: результат включає всю машину, важко відокремити інші дефекти, обмежений доступ, підвищені ризики, потрібна стабільна швидкість і не завжди можна досягти вимог до самого ротора. Польове балансування не повинно замінювати ремонт кривого або пошкодженого ротора.

Одноканальне польове балансування використовує один датчик вібрації і може бути придатним для короткого ротора, однієї коригувальної площини або простої механічної системи. Двоканальне або багатоканальне дозволяє одночасно контролювати реакції двох опор і виконувати двоплощинне балансування — це краще для довгих роторів, двигунів із двома доступними площинами та агрегатів зі складною формою коливань.

Причини погіршення після монтажу: інша напівмуфта, неправильна шпонка, перекіс при монтажі, забруднення посадки, деформація вентилятора, зміщення балансувального вантажу, удар під час транспортування, вигин вала, ослаблення деталей, неправильне складання, інше осьове положення деталей або температурна деформація. Тому після остаточного складання потрібна контрольна перевірка вібрації.

Причини зміни балансування після прогрівання: термічний вигин, переміщення обмотки, нерівномірне розширення, зміна посадки вентилятора, вихід мастила або вологи, деформація бандажів, зміна жорсткості опор, нагрів підшипників або зміна повітряного зазору. Якщо холодна машина працює стабільно, а після прогрівання вібрація 1× зростає, потрібно перевірити термічну поведінку ротора і всього агрегату.

Короткозамкнений ротор

Перед балансуванням перевіряють стрижні клітки, короткозамикальні кільця, сліди ремонту, тріщини, пористість лиття, сердечник, вентилятор, вал та балансувальні елементи. Після ремонту клітки розподіл маси може суттєво змінитися — особливо це стосується заміни окремих стрижнів, пайки, наплавлення, ремонту короткозамикальних кілець, усунення тріщин та локальної механічної обробки.

Фазний ротор

Має додаткові елементи: обмотку, лобові частини, бандажі, контактні кільця, виводи, кріплення обмотки. Перед балансуванням потрібно перевірити симетрію укладання, просочення, фіксацію лобових частин, стан бандажів, співвісність контактних кілець, відсутність рухомих провідників та надійність з’єднань. Ослаблена обмотка може змінювати положення під дією відцентрових сил, тому балансування буде нестабільним.

Якір машини постійного струму

Для якоря перевіряють колектор, обмотку, бандажі, клини, вентилятор, вал, посадки та балансувальні кільця. Колектор має значну масу і може суттєво впливати на дисбаланс. Після заміни колектора, проточування, перемотування, заміни бандажів або ремонту секцій якір потрібно повторно балансувати; також необхідно перевірити радіальне биття колектора, оскільки балансування не усуває його геометричну овальність або ексцентриситет.

Ротор синхронної машини

У синхронних роторах контролюють полюси, котушки збудження, демпферні елементи, бандажі, вентилятори, контактні кільця, полюсні башмаки та кріпильні деталі. Різна маса полюсів або котушок може створювати значний дисбаланс — після ремонту одного полюса потрібно оцінити його масу, розподіл матеріалу, геометрію, взаємне положення та міцність кріплення.

Ротор з напівмуфтою

Існують варіанти: балансування ротора без напівмуфти, окреме балансування напівмуфти, балансування ротора разом із напівмуфтою або остаточне польове балансування агрегату. Вибір залежить від посадки, повторюваності встановлення, шпонкового правила, вимог виробника, швидкості та конструкції муфти. Якщо напівмуфта встановлюється кожного разу в іншому кутовому положенні, спільне балансування може втратити сенс без чіткої маркування.

Більше двох площин може знадобитися для гнучкого ротора, ротора з декількома критичними формами, дуже довгого ротора, високошвидкісної машини, складного ротора з рознесеними масами або ротора, який змінює форму на робочій швидкості. Таку роботу не слід виконувати як звичайне двоплощинне балансування без спеціального аналізу.

Швидкість балансування вибирають з урахуванням типу верстата, маси ротора, діаметра, підшипникових шийок, жорсткості, критичних швидкостей, приводу, вимог безпеки та калібрування системи. Для жорсткого ротора швидкість балансування може бути значно нижчою за робочу, але вона повинна забезпечувати достатній сигнал, не проходити через небезпечний резонанс, не перевищувати обмеження верстата, не створювати ковзання та бути стабільною під час вимірювання.

Ротор, що обертається на верстаті, є джерелом підвищеної небезпеки: можливі відрив пробного вантажу, руйнування вентилятора, вихід ротора з опор, захоплення одягу, руйнування привідного ременя, контакт з обертовими деталями, відрив ослабленого елемента та надмірна вібрація. Необхідно використовувати огородження, перевіряти кріплення, не перебувати в площині можливого викиду, застосовувати дистанційний пуск, мати аварійну зупинку, поступово підвищувати швидкість, не перевищувати допустимий режим, зупиняти верстат при нестабільності та не торкатися ротора до повної зупинки.

1. 01Відсутність перевірки биття вала.
2. 02Балансування ротора з ослабленим вентилятором.
3. 03Неправильне введення відстаней між площинами.
4. 04Введення діаметра замість радіуса.
5. 05Переплутані ліва і права площини.
6. 06Неправильний напрямок відліку кута.
7. 07Помилка на 180° між додаванням і видаленням маси.
8. 08Неправильне урахування шпонки.
9. 09Відсутність нульової кутової мітки.
10. 10Недостатнє кріплення пробного вантажу.
11. 11Занадто мала або надмірна маса пробного вантажу.
12. 12Забруднені або биті ролики.
13. 13Ковзання ротора, осьове переміщення.
14. 14Вібрація від сусіднього обладнання.
15. 15Балансування в невідповідній комплектації.
16. 16Відсутність повторного розгону після остаточної фіксації вантажів.
17. 17Оцінка лише загальної вібрації без фази.
18. 18Спроба усунути резонанс балансуванням.
19. 19Відсутність перевірки після складання двигуна.
20. 20Відсутність протоколу початкового та залишкового дисбалансу.

Чого не варто робити:

• балансувати ротор із кривим валом — балансувальні вантажі не відновлюють геометрію;
• балансувати забруднений ротор — після очищення розподіл маси зміниться;
• ігнорувати ослаблені деталі — нестабільний ротор неможливо якісно збалансувати;
• використовувати випадкову комплектацію без чіткого визначення складу;
• забувати про шпонку — неправильне правило шпонки створює штучний дисбаланс;
• свердлити вал без дозволеної технології;
• встановлювати ненадійні вантажі;
• робити висновок за одним розгоном;
• довіряти лише показанню «0» без підтвердження і протоколу;
• плутати дисбаланс із неспіввісністю;
• балансувати через надмірну вібрацію без діагностики причини;
• змінювати декілька параметрів одночасно.

Ротор збалансований на верстаті, але двигун вібрує

Можливі причини: неправильне центрування, м’яка лапа, дефект муфти, підшипники, деформація щита, нерівномірний повітряний зазор, резонанс фундаменту, електромагнітна асиметрія або помилка складання. Потрібна діагностика зібраного агрегату, а не автоматичне повторне балансування.

Результати змінюються при кожному пуску верстата

Можливі: ослаблений вентилятор, рухомий балансувальний вантаж, ковзання по роликах, осьове переміщення, дефект датчика фази, нестабільна швидкість або переміщення обмотки. Продовжувати коригування без локалізації причини не можна.

Після додавання вантажу дисбаланс зріс

Причини: переплутано місце додавання та видалення, помилка кута, неправильний нуль, помилка площини, неправильна маса чи радіус, нестабільний ротор. Потрібно перевірити вихідні дані та систему відліку.

Після очищення ротор втратив балансування

Забруднення мало масу і входило до попереднього розподілу. Балансувати потрібно лише чистий і сухий ротор у стабільному стані.

Вібрація висока лише на робочій швидкості

Можливі: резонанс, гнучка поведінка ротора, термічний вигин, переміщення деталі під дією відцентрової сили або недостатність низькошвидкісного балансування. Потрібен аналіз розгону, вибігу та критичних швидкостей.

Після заміни підшипників вібрація зросла

Потрібно перевірити посадки, внутрішній зазор, монтаж, перекіс щитів, биття вала, центрування, попередній натяг та стан фундаменту. Сам ротор міг залишитися збалансованим.

Після балансування потрібно дуже багато вантажу

Це може вказувати на неправильну геометрію в системі, неправильний радіус, помилку кута, значний механічний дефект, відсутню деталь, деформований вентилятор, неправильну комплектацію або великий початковий дисбаланс після ремонту. Перед додаванням надмірної маси потрібно повторно перевірити ротор.

Після завершення роботи потрібно переконатися у допустимому залишковому дисбалансі, повторити контрольний розгін, перевірити повторюваність, надійно закріпити вантажі, застопорити різьбові елементи, перевірити зазори, оглянути місця видалення матеріалу, переконатися у відсутності тріщин, повторно виміряти биття, перевірити стан шийок, зафіксувати кутові мітки, оформити протокол, після збирання перевірити вібрацію двигуна, а після монтажу — агрегат під навантаженням.

Протокол повинен містити:

• найменування обладнання, тип електродвигуна, заводський номер, позначення ротора;
• масу ротора, робочу частоту обертання, швидкість балансування, клас якості, допустимий залишковий дисбаланс;
• тип і заводський номер балансувального верстата, дату калібрування або перевірки;
• спосіб установлення, діаметри опорних шийок, відстань між опорами, положення коригувальних площин, радіуси корекції, правило шпонки;
• початковий дисбаланс і кут у кожній площині, виконану корекцію, спосіб додавання або видалення маси, кінцевий залишковий дисбаланс;
• результат контрольного розгону, дані повторюваності, ескіз розташування вантажів;
• висновок і підпис відповідального спеціаліста.

• Що таке балансування ротора електродвигуна?
• Як виміряти биття вала електродвигуна?
• Що таке ротор електродвигуна?
• Вібраційна діагностика електродвигуна
• Які випробування проходить електродвигун після ремонту?
• Синхронні електродвигуни: будова та принцип роботи

ТОВ ВКФ «Електропромремонт» виконує комплексну діагностику, ремонт і балансування роторів промислових електричних машин. До переліку робіт входять:

• візуальна дефектація ротора, вимірювання биття вала, перевірка співвісності посадок;
• перевірка підшипникових шийок, визначення овальності та конусності, дефектоскопія вала;
• перевірка сердечника, короткозамкненої клітки, обмотки фазного ротора, якорів, обмоток збудження;
• перевірка вентиляторів, колекторів, контактних кілець;
• статичне, одноплощинне та двоплощинне динамічне балансування;
• балансування роторів у зборі, якорів, вентиляторів, напівмуфт;
• балансування після перемотування, правлення вала або відновлення посадок;
• установлення та фіксація балансувальних вантажів, контроль залишкового дисбалансу;
• складання протоколу балансування;
• вібраційні випробування, випробування на холостому ході, лазерне центрування агрегатів;
• аналіз причин повторної вібрації, оформлення технічного висновку.

Перевірка балансування ротора — це не просто оцінка вібрації та не одноразове встановлення балансувального вантажу. Якісна робота повинна включати дефектацію ротора, перевірку биття, контроль вала та посадок, правильний вибір комплектації, урахування шпонки, правильне встановлення на верстаті, точне введення геометрії, визначення дисбалансу у відповідних площинах, безпечну корекцію, перевірку повторюваності, підтвердження залишкового дисбалансу, надійну фіксацію вантажів та контроль після складання двигуна.

Основні принципи:

• не балансувати ротор із невиправленими геометричними дефектами;
• не плутати дисбаланс із биттям, неспіввісністю або резонансом;
• не оцінювати результат лише за загальною вібрацією;
• не ігнорувати правило шпонки;
• не балансувати нестабільну конструкцію;
• не використовувати ненадійні вантажі;
• документувати початковий і залишковий дисбаланс;
• перевіряти двигун після остаточного збирання.