Как известно, электродвигатель (в дальнейшем ЭД) состоит из двух элементов - статического (статора) и подвижного (ротора). Последний при работе может вращаться на очень высокой скорости, которая составляет тысячи и десятки тысяч оборотов в минуту.
Дисбаланс ротора не только приводит к повышенной вибрации, но и может повредить сам ротор или весь электродвигатель. Также из-за этой проблемы увеличивается риск поломки всей установки, где используется этот ЭД.
Чтобы избежать этих негативных последствий, производится балансировка якорей электродвигателей - она же «балансировка ротора» или «балансировка электродвигателя».
Как производится балансировка роторов электродвигателей
Сбалансированный ротор - это ротор, у которого ось вращения совпадает с осью инерции. Правда, абсолютного баланса можно добиться лишь в идеальном мире, в реальности же всегда наблюдается хоть небольшой, но «перекос». И задача балансировки заключается в его минимизации.
Различают статическую и динамическую балансировку роторов.
Статическая балансировка ротора призвана устранить значительный дисбаланс масс относительно оси вращения. Она может быть произведена в домашних условиях, поскольку не требует использования специального оборудования. Достаточно призматических или дисковых фиксаторов. Также эта операция может производиться с использованием рычажных весов специальной конструкции.
Ротор размещается на призматическом или дисковом фиксаторе. После этого наиболее тяжелая его сторона перевешивает, и деталь прокручивается вниз. На нижней точке делают отметку мелом. Затем ротор перекатывают ещё четырежды, и после каждой окончательной остановки отмечают наиболее нижнюю точку.
Когда на роторе становится пять отметок, замеряют расстояние между крайними и на его середине делают шестую. Затем на диаметрально противоположной точке этой шестой отметки (точке максимального дисбаланса) устанавливают балансирующий груз.
Масса груза подбирается опытным путём. На точке противоположной максимальному дисбалансу устанавливаются утяжелители различной массы, после чего ротор прокручивается и останавливается в любом положении. Если всё ещё наблюдается дисбаланс - масса грузика уменьшается или увеличивается (в зависимости от того, в какую сторону провернулся ротор после остановки). Задача - подобрать такую массу утяжелителя, чтобы ротор после остановки в любом положении не проворачивался.
После определения нужной массы можно либо оставить груз, либо просто высверлить отверстие в полученной шестой точке - точке с максимальным дисбалансом. При этом масса высверленного металла должна соответствовать массе подобранного груза.
Такая статическая балансировка электродвигателя своими руками достаточно грубая и призвана устранить только серьёзные перекосы по массе нагрузки на валу. Есть и другие недостатки. Так, статическая балансировка якоря электродвигателя своими руками потребует многочисленных измерений и вычислений. Для повышения точности и скорости рекомендуется использовать динамический метод.
Для этого потребуется специальный станок для балансировки роторов электродвигателей . Он раскручивает размещённый на нём вал и определяет, по какой из осей наблюдается перекос массы. Динамическая балансировка роторов электродвигателей способна устранить даже мельчайшие отхождения оси инерции от оси вращения.
Динамическая балансировка вала электродвигателя производится компьютерным методом. Высокоинтеллектуальное оборудование, которое используется для этого процесса, способно самостоятельно подсказать, какой противовес и на какую сторону стоит установить.
Впрочем, найти станок для балансировки очень тяжелого или большого ротора довольно сложно. Обычно динамическая методика устранения перекоса применяется для сравнительно небольших ЭД независимо от мощности. Поэтому, выбирая способы балансировки и центровки электродвигателей , стоит обратить внимание не только на точность операции, но и на физическую возможность провести этот процесс для имеющегося вала.
Неуравновешенность любой вращающейся детали тепловоза может возникнуть как в процессе эксплуатации вследствие неравномерного износа, изгиба, скопления загрязнений в каком-либо одном месте, при утере балансировочного груза, так и в процессе ремонта из-за неправильной обработки детали (смещения оси вращения) или неточной центровки валов. Для уравновешивания деталей их подвергают балансировке. Существуют два вида балансировки : статическая и динамическая .
Рис. 1. Схема статического уравновешивания деталей:
Т1 — масса неуравновешенной детали; Т2 — масса уравновешивающего груза;
L1, L2 — их расстояния от оси вращения.
Статическая балансировка . У неуравновешенной детали ее масса располагается несимметрично относительно оси вращения. Поэтому при статическом положении такой детали, т. е. когда она находится в покое, центр тяжести будет стремиться занять нижнее положение (рис.1). Для уравновешивания детали добавляют с диаметрально противоположной стороны груз массой Т2 с таким расчетом, чтобы его момент Т2L2 был равен моменту неуравновешенной массы Т1L1. При этом условии деталь будет находиться в равновесии при любом положении, так как центр тяжести ее будет лежать на оси вращения. Равновесие может быть достигнуто также путем удаления части металла детали высверловкой, спиливанием или фрезерованием со стороны неуравновешенной массы Т1. На чертежах деталей и в Правилах ремонта на балансировку деталей дается допуск, который называют дисбалансом (г/см).
Статической балансировке подвергают плоские детали, имеющие небольшое отношение длины к диаметру: зубчатое колесо тягового редуктора, крыльчатку вентилятора холодильника и т.п. Статическая балансировка ведется на горизонтально-параллельных призмах, цилиндрических стержнях или на роликовых опорах. Поверхности призм, стержней и роликов должны быть тщательно обработаны. Точность статической балансировки во многом зависит от состояния поверхностей этих деталей.
Динамическая балансировка . Динамической балансировке обычно подвергают детали, длина которых равна или больше их диаметра. На рис. 2 показан статически отбалансированный ротор, у которого масса Т уравновешена грузом массой М. Этот ротор при медленном вращении будет находиться в равновесии в любом положении. Однако при быстром его вращении возникнут две равные, но противоположно направленные центробежные силы F1 и F2. При этом образуется момент FJU который стремится повернуть ось ротора на некоторый угол вокруг его центра тяжести, т.е. наблюдается динамическое неравновесие ротора со всеми вытекающими отсюда последствиями (вибрация, неравномерный износ и т. п.). Момент этой пары сил может быть уравновешен только другой парой сил, действующей в той же плоскости и создающей равный противодействующий момент.
Для этого в нашем примере нужно приложить к ротору в той же плоскости (вертикальной) два груза массами Шх = т2 на равном расстоянии от оси вращения. Грузы и их расстояния от оси вращения подбирают так, чтобы центробежные силы от этих грузов создавали момент /уь противодействующий моменту FJi и уравновешивающий его. Чаще всего уравновешивающие грузы прикрепляют к торцовым плоскостям деталей или с этих плоскостей удаляют часть металла.
Рис. 2. Схема динамического уравновешивания деталей:
Т — масса ротора; М — масса уравновешивающего груза; F1,F2 — неуравновешенные, приведенные к плоскостям массы ротора; m1,m2 — уравновешенные, приведенные к плоскостям массы ротора; Р1 Р 2 — уравновешивающие центробежные силы;
При ремонте тепловозов динамической балансировке подвергают такие быстровращающиеся детали, как ротор турбокомпрессора, якорь тягового электродвигателя или другой электрической машины, рабочее колесо воздуходувки в сборе с приводной шестерней, вал водяного насоса в сборе с крыльчаткой и зубчатым колесом, карданные валы привода силовых механизмов.
Рис. 3. Схема балансировочного станка консольного типа:
1 — пружина; 2 — индикатор; 3 якорь; 4 — рама; 5 — опора станка; 6 — опора станины;
I, II — плоскости
Динамическое уравновешивание ведется на балансировочных станках. Принципиальная схема такого станка консольного типа показана на рис. 3. Балансировка, например, якоря тягового электродвигателя ведется в таком порядке. Якорь 3 укладывают на опоры качающейся рамы 4. Рама одной точкой упирается на опору станка 5, а другой на пружину 1. При вращении якоря неуравновешенная масса любого его участка (кроме масс, лежащих в плоскости II — II) вызывает качание рамы. Амплитуда колебания рамы фиксируется индикатором 2.
Чтобы уравновесить якорь в плоскости I — I, к его торцу со стороны коллектора (к нажимному конусу) прикрепляют поочередно различные по массе пробные грузы и добиваются прекращения колебания рамы или его уменьшения до допускаемой величины. Затем якорь переворачивают так, чтобы плоскость I— I проходила через неподвижную опору станины 6, и повторяют те же операции для плоскости II— II. В этом случае балансировочный груз прикрепляют к задней нажимной шайбе якоря.
После окончания всех работ по комплектованию детали подобранных комплектов маркируют (буквами или цифрами) согласно требованиям чертежей
2.16. Балансировка роторов и якорей
Отремонтированные роторы и якоря электрических машин направляют на статическую, а при необходимости и на динамическую балансировку в сборе с вентиляторами и другими вращающимися частями. Балансировку производят на специальных станках для выявления неуравновешенности (дисбаланса) масс ротора и якоря. Причинами неравномерного распределения масс могут быть: разная толщина отдельных деталей, наличие в них раковин, неодинаковый вылет лобовых частей обмотки и др. Любая деталь ротора или якоря может быть неуравновешенной в результате сдвига осей инерции относительно оси вращения. Неуравновешенные массы отдельных деталей в зависимости от их расположения могут суммироваться или взаимно компенсироваться.
Роторы и якоря, в которых центральная ось инерции не совпадает с осью вращения, называют неуравновешенными.
Вращение неуравновешенного ротора или якоря вызывает вибрацию, которая может разрушить подшипники и фундамент машины. Чтобы этого избежать, производят балансировку роторов, которая заключается в определении размеров и мест неуравновешенной массы и устранении дисбаланса.
Неуравновешенность определяют статической или динамической балансировкой. Выбор способа балансировки зависит от точности уравновешивания, которую можно осуществить на данном оборудовании. При динамической балансировке получают лучшие результаты компенсации неуравновешенности, чем при статической.
Статическую балансировку выполняют при невращающемся роторе на призмах, дисках или специальных весах (рис. 2.45). Для определения неуравновешенности ротор выводят из равновесия легким толчком. Неуравновешенный ротор будет стремиться вернуться в такое положение, когда его тяжелая сторона окажется внизу. После остановки ротора мелом отмечают место, которое оказалось в верхнем положении. Процесс повторяют несколько раз. Если ротор останавливается в одном и том же положении, значит центр его тяжести смещен.
Рис. 2.45. :
а - на призмах; б - на дисках; в - на специальных весах; 1 - груз; 2 - грузовая рамка; 3 - индикатор; 4 - рама; 5 - ротор (якорь)
В определенном месте (чаще, всего это внутренний диаметр обода нажимной шайбы) устанавливают пробные грузы, прикрепляя их замазкой. После этого повторяют прием балансировки. Увеличивая или уменьшая массы грузов, добиваются остановки ротора в произвольном положении. Это означает, что ротор статически уравновешен.
По окончании балансировки пробные грузы заменяют одним грузом той же массы.
Неуравновешенность можно компенсировать высверливанием соответствующей части металла из тяжелой части ротора.
Более точной, чем на призмах и дисках, является балансировка на специальных весах.
Статическую балансировку применяют для роторов с частотой вращение не более 1000об/мин. Статически -уравновешенный ротор может быть динамически неуравновешенным, поэтому роторы с частотой вращения более 1000 об/мин подвергают динамической балансировке, при которой устраняется и статическая неуравновешенность.
Динамическая балансировка ротора, которую выполняют на балансировочном станке, состоит из двух операций: измерение первоначальной вибрации; нахождение точки расположения и массы уравновешивающего груза для одного из торцов ротора.
Балансировку производят с одной стороны ротора, а потом с другой. После окончания балансировки груз закрепляют сваркой или винтами. Затем выполняют проверочную балансировку.
Для статической балансировки служит станок, представляющий собой опорную конструкцию из профильной стали с установленными на ней призмами трапециевидной формы. Длина призм должна быть такой, чтобы ротор мог сделать на них не менее двух оборотов.
Ширина рабочей поверхности призм а определяется по формуле:
где: G — нагрузка на призму, кг; Е — модуль упругости материала призмы, кг/см 2 ; р — расчетная удельная нагрузка, кг/см 2 (для твердой закаленной стали р = 7000 — 8000 кг/см 2); d — диаметр вала, см.
Практически ширину рабочей поверхности призм балансировочных станков для балансировки роторов массой до 1 т принимают 3 — 5 мм. Рабочая поверхность призм должна быть хорошо отшлифована и способна, не деформируясь, выдерживать массу балансируемого ротора.
Станки для балансировки роторов (якорей) электрических машин:
а — статической, б — динамической;
1 — стойка, 2 — балансируемый ротор, 3 — стрелочный индикатор, 4 — муфта расцепления, 5 — электродвигатель привода, б — сегменты, 7 — зажимные болты, 8 — подшипник, 9 — плита.
Статическая балансировка ротора на станке производится в такой последовательности. Ротор укладывают шейками вала на рабочие поверхности призм. При этом ротор, перекатываясь на пркзмах, займет такое положение, при котором его наиболее тяжелая часть окажется внизу.
Для определения точки окружности, в которой должен быть установлен балансирующий груз, ротор пять раз перекатывают и после каждой остановки отмечают мелом нижнюю «тяжелую» точку. После этого на небольшой части окружности ротора окажется пять меловых черточек.
Отметив середину расстояния между крайними меловыми отметками, определяют точку установки уравновешивающего груза: она находится в месте, диаметрально противоположном средней тяжелой токе. В этой точке и устанавливают уравновешивающий груз.
Массу его подбирают опытным путем до тех пор, пока ротор не перестанет перекатываться, будучи остановлен в любом произвольном положении. Правильно сбалансированный ротор после перекатывания в одном и другом направлениях должен во всех положениях находиться в состоянии безразличного равновесия.
При необходимости более полного обнаружения и устранения оставшегося небаланса окружность ротора делят на шесть равных частей. Затем, укладывая ротор на призмах так, чтобы каждая из отметок поочередно находилась на горизонтальном диаметре, в каждую из шести точек поочередно навешивают небольшие грузы до тех пор, пока ротор не выйдет из состояния покоя.
Массы грузов для каждой из шести точек будут различными. Наименьшая масса будет в тяжелой точке, наибольшая — в диаметрально противоположной точке ротора.
При статическом методе балансировки уравновешивающий груз устанавливают только на одном торце ротора и таким образом устраняют статический небаланс.
Однако этот способ балансировки применим только для коротких роторов мелких и тихоходных машин. Для уравновешивания масс роторов крупных электрических машин (мощностью свыше 50 квт) с большими скоростями вращения (больше 1000 об/мин) применяют динамическую балансировку, при которой уравновешивающий груз устанавливают на обоих торцах ротора.
Это объясняется тем, что при вращении ротора с большой скоростью каждый его торец имеет самостоятельное биение, вызванное несбалансированными массами.
«Ремонт электрооборудования промышленных предприятий»,
В.Б.Атабеков
В современных электрических машинах применяют главным образом шариковые или роликовые подшипники качения. Они просты в эксплуатации, хорошо противостоят резким колебаниям температуры, легко могут быть заменены при износе. Подшипники скольжения применяют в крупных электрических машинах. Подшипники качения При ремонте электрической машины с подшипниками качения, как правило, ограничиваются промывкой подшипников и закладкой в них новой порции соответствующей…
Заключительными этапами проверки ремонтируемого электродвигателя являются измерения зазоров и пробный пуск. Величины зазоров измеряют при помощи набора стальных пластин — щупов толщиной от 0,01 до 3 мм. У асинхронных машин измеряют зазор с обоих торцов в четырех точках между активной сталью ротора и статора. Зазор должен быть одинаковым по всей окружности. Величины зазоров в диаметрально…
Степень износа подшипников качения определяют, измеряя их радиальные и аксиальные (осевые) зазоры на несложных приспособлениях, изготовляемых в мастерских электроцеха предприятия. Для замера на таком приспособлении радиального зазора подшипник 11 устанавливают на вертикальной плите 8 приспособления. Наложив на внутреннее кольцо 2 подшипника стальную шланку 10, закрепляют его гайкой, навернутой на стержень 9 приваренный к вертикальной плите;…
В практике ремонта электрических машин нередко возникает необходимость в расчете обмоток или пересчете их на новые параметры. Расчеты обмоток производят обычно при отсутствии у электродвигателя, подлежащего ремонту, паспортных данных или в случае поступления в ремонт двигателя без обмотки. Потребность в пересчете обмоток возникает также при необходимости изменения числа оборотов или напряжения, переделке односкоростных двигателей на…
К токособирательной системе электрических машин относят коллекторы, контактные кольца, щеткодержатели с траверсами и щеткоподъемным механизмом, короткозамыкающие кольца фазных роторов старых конструкций. В процессе работы машины отдельные элементы токособирательной системы изнашиваются, вследствие чего нарушается ее нормальная работа. Наиболее распространенными дефектами токособирательной системы являются: недопустимый износ коллектора и контактных колец, появление на их рабочих поверхностях неровностей и…
Часто после длительного использования у электродвигателей появляются посторонние шумы или повышенная вибрация. Эти признаки свидетельствуют о дисбалансе. В исправном состоянии ось инерции ротора должна совпадать с осью вращения, однако во время длительной эксплуатации и после возможных перегрузок эти оси могут смещаться. Именно поэтому необходимо проводить регулярную диагностику электродвигателей. ООО «ВЭР» предоставляет услуги не только по диагностике, но и по балансировке электродвигателей любых видов по приемлемым ценам и в кратчайшие сроки.
Одна из услуг ООО «ВЭР» – балансировка якоря электродвигателей. Она производится с помощью специального оборудования, позволяющего вычислить мельчайшие отклонения во вращении ротора. После небольшой корректировки двигатели вновь готовы к дальнейшей эксплуатации. Давайте разберёмся, что такое балансировка роторов якорей электрических двигателей и для чего она проводится.
Для чего нужна балансировка электродвигателя
Каждый двигатель оснащён быстро вращающимся ротором (якорем). Скорость вращения может достигать тысяч и десятков тысяч оборотов в минуту. От двигателя требуется не только высокая скорость, но и равномерность вращения – без отклонений, даже самых минимальных. Для этого он подвергается балансировке ещё на заводе-изготовителе. В процессе эксплуатации ротор выдерживает большие нагрузки, из-за чего его балансировка нарушается. Последствия могут быть самыми разными:
- быстрый износ вращающихся и неподвижных частей электродвигателя – нарушение баланса начинает его разрушать, причём наблюдается всё большее отклонение от нормы;
- возникают вибрации – они нарушают работу электродвигателя и подключенного к нему оборудования. В случае с мощными двигателями, устанавливаемыми на бетонные платформы, начинается неконтролируемое разрушение последних. Больше всего от вибраций страдают подшипники, что приводит к ещё более разрушительным последствиям – вплоть до полного выхода двигателя и оборудования/электроустановки из строя;
- повышается нагрузка на двигатель и его электрические части – износ становится стремительным, а эксплуатация – опасной.
Дисбаланс якоря – это состояние, когда ось вращения не совпадает с центральной осью инерции. Такое состояние называется неуравновешенным, двигатель нуждается в тонкой настройке. Их балансировка осуществляется силами специалистов ООО «ВЭР».
Причины дисбаланса якорей
Существуют несколько причин отсутствия балансировки якорей:
- наличие скрытых дефектов ротора – проявляются места неуравновешенной массы, что приводит к неравномерному вращению;
- неравномерность расположения обмоток – проявляется в самом начале эксплуатации электродвигателей, но может проявиться и в дальнейшем;
- нарушение центра масс из-за неправильной формы каких-либо деталей – это может быть заводской или приобретённый дефект.
Также существуют и многие другие причины – например, центр масс может потеряться из-за теплового расширения отдельных деталей двигателя в силу высокой нагрузки.
Как производится балансировка электродвигателей
Балансировка роторов якорей производится двумя способами – статическим и динамическим. Статическая балансировка производится на остановленном двигателей с помощью несложного оборудования или специальных весов. Определив расположение центра масс, специалисту остаётся вычислить необходимую для корректировки массу и определить место для её установки. Чем опытнее специалист, тем выше точность такой балансировки. Все работы, в том числе измерительные, производятся в состоянии покоя. После завершения процедуры производятся повторные измерения и контрольный запуск двигателя.
Динамическая балансировка якоря производится на специальном оборудовании при запущенном двигателе или раскрученном вале. Здесь используется так называемый балансировочный станок. Он определяет неуравновешенность во вращении, позволяя выполнить балансировку с максимальной точностью.
Динамическая балансировка роторов электродвигателей позволяет выявить статочную неуравновешенность, оставшуюся после статической балансировки. Именно поэтому последняя используется только при грубых нарушениях. Например, этот метод применяется при работе с маломощными электродвигателями с частотой вращения не выше 1000 об/мин. Здесь небольшой дисбаланс практически незаметен. Если двигатель вращается с частотой свыше 1000 об/мин, задействуется динамическая балансировка – более точная. Она позволяет выявить даже самый ничтожный дисбаланс.
Ротор электродвигателя представляет собой сложную конструкцию с множеством элементов, каждый из которых наделен своими нормативными показателями. В идеальном состоянии ось инерции ротора должна совпадать с осью вращения, однако под воздействием внешних факторов длительное использование двигателей может приводить к их разбалансировке. В таких условиях своевременная диагностика и устранение неполадок может стать единственным выходом для продления срока службы электродвигателя.
Балансировка якоря и ротора электродвигателя в Волгограде, Санкт-Петербурге и Волжском
ООО «ВЭР» производит балансировку якоря и ротора электродвигателей двумя способами в зависимости от угловой скорости. Так для электродвигателей с тихим ходом специалисты применяют балансировку в статическом режиме , а для быстроходных электродвигателей – балансировку в динамическом режиме . Балансировка в статическом режиме – это сложная и трудоемкая процедура, требующая временных затрат, большого количества вычислений и измерений. Именно поэтому мы рекомендуем при возникновении проблем обращаться к профессионалам нашей компании, которые с высокой точностью проведут все необходимые замеры и выполнят качественную балансировку вашего оборудования.Воспользоваться услугами по вы сможете в ООО «ВЭР». В своей работе мы используем современное высокоточное оборудование , позволяющее вычислить малейшие следы дисбаланса и устранить их с высокой точностью. Сотрудники, работающие на оборудовании, обладают большим опытом работы, благодаря чему они способны оперативно найти и устранить неуравновешенность центра масс в электродвигателях любых марок – в том числе особо мощных и высокооборотистых.
