Состояние проблемы балансировки роторов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Состояние проблемы балансировки роторов

Тимофеев Степан Алексеевич,

магистрант

Аннотация

В статье проводится научно-аналитический обзор существующей литературы по проблеме балансировки роторов различными методами. При этом акцент делается на обозрении систем автоматического балансирующего уравновешивания роторов.

Ключевые слова: ротор, балансировка, дисбаланс.

Abstract

Timofeev Stepan Alekseevich

Master's Degree student

Status of the rotor balancing problem

The article provides a scientific and analytical review of the literature on the problems of balancing rotors using various methods. In this case, the emphasis is on reviewing the rotor steering balancing system.

Key words: Rotor, balancing, imbalance.

Основная часть

В нынешнее время с развитием технологического прогресса, увеличивается количество механизмов с вращающимися роторами в них. И одна из основных проблем связанных с увеличением скоростей вращения - повышение вибраций. Повышенный уровень вибраций в электродвигателе, приводит к таким проблемам как: ускоренный износ изделия, а если говорить про ручной электроинструмент, то и значительный вред человеческому организму. Таким образом, в нынешнее время очень актуальна тема - борьба с вредными вибрациями.

В процессе проектирования, планирования и изготовления деталей и сборки изделий, от всех участвующих в этих процессах. А именно: перед инженером-конструктором стоит допусками на детали, перед инженером - технологом, стоит задача сделать выбор из различных технологий изготовления с меньшей себестоимостью при этом, выполняя все требования конструкторской документации. Однако в любом случае возникает дисбаланс, который устраняют балансировкой на специализированных станках. Значительный вклад в развитие и изучение оптимизации дисбаланса роторов внесли [1], [2], [3].

Дисбалансы поверхностей образуются при изготовлении деталей ротора (погрешности изготовления) и при сборке (погрешности взаимной установки). В текущих технологических процессах при сборке дисбаланс накапливается, и, следовательно, усложняется задача уравновешивания ротора, появляется трудоемкая и дорогостоящая процедура поэтапной многоплоскостной балансировки ротора. При изготовлении деталей ротора и при его сборке появляется последовательное суммирование погрешностей, в работах [4], [5] можно сделать вывод, что со снижением точности величина отклонений дисбаланса возрастает и может достичь до 75%. В результате ротор после сборки имеет недопустимый дисбаланс.

Основной целью сборки и балансировки роторов является устранение дисбаланса в изделии динамически устойчивая работа ротора в составе энергетической установки. Ротор, сбалансированный на станке в соответствии с требованиями, предъявляемыми к его уравновешенности и оценке остаточного дисбаланса, может быть динамически неустойчивым при работе. Это объясняется тем, что результаты точности изготовления элементов ротора, качество сборки и балансировки ротора можно получить только на балансировочных станках.

В [6] рассматривается методика уравновешивания сборки роторов, при которой проводится процесс управления векторами локальных дисбалансов и эксцентриситетов. Методика состоит из двух этапов. Первый этап - подготовка элементов ротора к сборки. Второй этап - сборка ротора с заранее заданными параметрами дисбалансов. Рассмотрены проблемы сборки роторов. Методика позволяет повысить точность сборки не менее чем на 15%, также снизить себестоимость изготовления.

В работе [7] рассматриваются вопросы связанные с уравновешиванием ротора (и его элементов) при балансировке центробежного компрессора газоперекачивающего агрегата. Проведен обзор типовых технологических процессов балансировки, использующие схемы одноплоскостной балансировки рабочих колес и двухплоскостной балансировки валов, выявлены и изложены основные недостатки этих методов. Предложена альтернативная методика уравновешивания ротора, при которой: предварительно проводится низкочастотная четырехплоскостная балансировкой вала, прецизионная двухплоскостная балансировкой рабочих колес ротора, управляемая сборка и многоплоскостная балансировка ротора с заданными параметрами направления и размещения остаточных дисбалансов.

В [8] представлена методика уравновешивания ротора технологической машины на примере рабочих органов двухвального смесителя непрерывного действия. Была предложена оригинальная методика определения инерционно-массовых характеристик элементов. Также была рассмотрена зависимость точности изготовления роторных лопаток на дальнейшие значения дисбаланса, что со снижением точности изготовления элементов, увеличивается дисбаланс и может достигать до 75%. Кроме того, определены квалитеты точности изготовления месильных лопаток для различных угловых скоростей вращения рабочего вала.

В статье [9] представлено моделирование процесса автоматической балансировки неуравновешенного ротора с помощью четырех маятников, расположенных попарно на валу по обе стороны ротора в форме цилиндра. Численное интегрирование системы дифференциальных уравнении проводилось методом Рунге-Кутта четвертого порядка. Работа показала, что маятники компенсируют дисбаланс ротора.

В работе [10] рассматривается, что для борьбы с роторной вибрацией малоразмерных роторов массой до трёх килограмм рассматривается низкочастотные балансировочные станки серии ВМ «Морион», осуществляющие их статическую и моментную балансировку. Однако, как показала практика на предприятии, низкочастотная двухплоскостная балансировка ротора ГД-40, используемых в системе наддува дизелей, в 1520% случаев приводит не к уменьшению, а к увеличению вибрации ротора. В данной работе было исследована причина этого явления и способы её устранения. Была разработана вероятно-статистическая модель ротора с её помощью был получен результат - повышение уровня вибраций ротора на номинальных оборотах после низкочастотной балансировки. Также было предложено проводить балансировку не в двух, а в трёх плоскостях коррекции, при которой значительно снижается амплитуда виброскорости на рабочем режиме.

В работе [11] был предложен процесс балансировки на основе предложенного математического анализа, и было показано, что новый метод математического анализа может обеспечить более лучшие значения балансировки, чем традиционный. В [12] приводятся результаты использования компьютерного моделирования для прогнозирования параметров вибраций ротора турбины и применение нейронной сети для снижения трудоемкости расчетов. В работе [13] представлен 3-х этапный численный теоретико-экспериментальный метод определения дисбалансов необходимых для балансировки валопроводов. Данный метод на основе математических и экспериментальных данных, позволяет определять матрицы динамических коэффициентов влияния единичных дисбалансов в штатных плоскостях балансировки валопровода на виброперемещения опор, пересчитывать значения виброперемещений замеренных на опоре на истинные виброперемещения на валу.

В [14] предложен метод минимизации локальных дисбалансов ротора, за счет применения модели для расчета и возможности в дальнейшем автоматизировать процесс корректировки дисбаланса.

В последнее время в машиностроении больше внедряться активного автобалансирующего устройства (АБУ). В работе [15] описывается принцип работы и виды АБУ. Рассматривается положительные и отрицательные стороны этого метода. Они заключаются в том, что АБУ позволяют достичь высоких точностей балансировки, но эти устройства имеют сложную конструкцию и соответственно стоимость.

В статье [16] описываются эффективность автобалансирующего устройства на примере производственной красильной машины Tonello HW1 G1 510. Было показано, что метод снижает вибрации барабана до определенного уровня и повышает энергоемкость машин.

В нынешнее время большое количество исследований проводится по усовершенствованию дисбаланса ротора и борьба с ним. С точки зрения «нераскрытых» возможностей или резервов по повышению эффективности наиболее привлекательными выглядят АБУ.

Литература

балансировка ротор автоматический

1. Справочник по балансировке. Под общ. ред. М.Е. Левита. М.: Машиностроение, 1992. 464.

2. Гусаров А.А. Балансировка роторов машин. В 2 кн. М.: Наука, 2004.

3. Баркан М.В., Гаппоев Т.Т., Геркус А.А. и др. Современные методы и средства балансировки машин и приборов. Под общ. ред. В.А. Щепетильникова. М.: Машиностроение, 1985. 232 с.

4. Подгорный Ю.И., Скиба В.Ю., Мартынова Т.Г., Косилов А.С. Влияние точности изготовления элементов ротора на го уравновешенность // Международный научно-исследовательский журнал №6 С. 119-123.

5. Сайнаков Д.Г., Влияние погрешностей изготовления деталей на дисбалансы ротора газотурбинного двигателя при его сборке / Д.Г. Сайнаков, И.Л. Буйдницкий, А.П. Козлов Вестник Пермского национального исследователького политехнического университета. Аэрокосмическая техника - 2022 - №70. - С. 41 - 49. DOL 10.15593/2224-9982/2022.70.04

6. Белобородов С.М., Цельмер М.Л. Информационное обеспечение сборки роторов // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника 2017. №51 С. 74-81.

7. Белобородов С.М., Цельмер М.Л. Методика уравновешивания ротора при балансировке // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника 2017. №48 С. 60-68.

8. Мартынова Т.Г. Методика уравновешивания роторов технологических машин // Обработка металлов №2 (71) 2016 С. 41-50.

9. Артюнин А.И. Исследование автоматической балансировки ротора в форме цилиндра, жестко установленного в корпусе на упругих опорах / А.И. Артюнин, О.Ю. Суменков // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. - 2019. - Т. 64, №4. - С. 13-19. - DOI: 10.26731/1813 - 9108.2019.4 (64). С. 13-19.

10. Слива О.К., Шахринов В.Н. Оптимизация низкочастотной балансировки ротора ГД-40 // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение» - 2015 - Том 15 №1 С. 17-25

11. Mohammed Tariq Sulaiman A New Mathematical Analysis of Two - Plane Balancing for Long Rotors without Phase Data // Association of Arab Universities Journal of Engineering Sciences 2019 C. 44-48

12. Болотов М.А., Печенин В.А., Печенина Е.Ю., Рузанов Н.В. Алгоритм прогнозирования вибрационного состояния ротора турбины с использованием машинного обучения // Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроении - 2020 - Т.19, №1 С. 18-27.

13. Сидоров И.Н., Туктарова В.В. Численный теоретико - эксперементальный метод определения дисбалансов при балансировке валопроводов в собственных подшипниках // Вестник технологического университета - 2015 - Т.18, №5 С. 164-169.

14. В.Ф. Макаров, С.М. Белобородов, А.Ю. Ковалев Технологическое обеспечение минимизации локальных дисбалансов ротора // Вестник УГАТУ 2011. Т.15 №3 (43) С. 53-55.

15. В.В. Урниттт Автоматическое устройство балансировки // XII Международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии» С. 275-276.

16. Е.А. Повод, С.Н. Алехин Особенности использования автоматической балансировки производственных красильных машин // Вестник магистратуры 2016 №2 (53) Т.1. С. 48-50.

Размещено на Allbest.ru