1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является закрепление теоретических знаний студентов по теме «Балансировка вращающихся частей машин и аппаратов» дисциплины «Эксплуатация и ремонт оборудования химических производств» и выработка у них практических навыков по статической балансировки роторов на балансировочных приспособлениях типа «Ножи», «Призмы».

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Статической балансировкой называют процесс устранения статической неуравновешенности вращающихся частей машин и аппаратов: маховиков; шкивов; зубчатых колёс; роторов и т.д.

Статическая неуравновешенность характеризуется тем, что ось вращения тела располагается параллельно его главной центральной оси инерции (см. рис. 1). При этом центр массы тела ( ц. м. ) совпадающий с центром тяжести ( ц. т. ) не лежит на оси вращения , а смещён относительно неё на некоторое расстояние - е.

При вращение статически неуравновешенного тела возникают неуравновешенные центробежные силы (далее именуемые центробежными), которые через опорные элементы (подшипники) воспринимаются и уравновешиваются внешней системой. Центробежная сила ( Fц ) возникающая вследствие статической неуравновешенности ротора, приложена в точке расположения центра массы, действует по нормали к окружности, описываемой центром массы (следовательно вращается совместно с ротором)

где mp – масса ротора

е – смещение центра массы ротора относительно оси вращения

ω – угловая скорость вращения ротора

n – частота вращения ротора

Легко подсчитать, что на ротор массой mo = 10 кг. вращающегося с частотой n = 50 c-1 и имеющего смещение e = 0.1 мм. будет действовать центробежная сила величиной Fц= 99 Н = 9,9 кгс.

Из данного примера видно, какой большой величины может достигать центробежная сила даже при столь не значительном смещении центра массы ротора относительно оси вращения. Особенно большие центробежные силы наблюдаются у роторов, вращающихся с высокой скоростью ( n > 50 c-1 ), т. к. величина Fц пропорциональна квадрату скорости вращения. Количественной оценкой статической неуравновешенности ротора принято считать либо величину смещения центра массы ротора относительно оси вращения, либо статический момент ротора ( М ст. ), либо коэффициент статической неуравновешенности ротора ( К ст. ). Последний параметр показывает, во сколько раз центробежная сила, вызванная статической неуравновешенностью, превышает вес ротора и определяется по соотношению:

где GP – вес ротора

g – ускорение свободного падения

Из соотн6ошения ( 2 ) следует, что коэффициент статической неуравновешенности ротора можно рассматривать как отношение центробежного ускорения центра массы ротора ( ац = еω2 ) к ускорению свободного падения.

Статический момент ротора представляет собой произведение величины смешения центра массы ротора относительно оси вращения на вес ротора.

Статический момент заставляет статически неуравновешенный ротор принимать такое положение в пространстве (при наличие поля тяжести и отсутствий трения в опорах), при котором его потенциальная энергия будет минимальна. В общих условиях это соответствует тому, что из всех возможных положений центр масс ротора займёт точку, наименее удалённую от центра Земли. Статический момент позволяет обнаружить статическую неуравновешенность ротора даже без его вращения. Поэтому данный вид неуравновешенности и называется статическим.

На практике статическая неуравновешенность вращающихся элементов оборудования может быть вызвана различными причинами: неточность изготовления ротора ( биение вала, несоосность рабочего органа и вала и т.д. ); наличие пустот или инородных включений в теле ротора ( шеек вала, рабочих органов ) и др. Центробежные силы от неуравновешенных масс является одной из основных причин вибрации оборудования и могут оказывать существенное влияние на его надёжность и качества функционирования. С целью устранения отрицательного воздействия центробежных сил на оборудование их вращающиеся детали и сборочные единицы подвергаются балансировке, статической или ( и ) динамической.

Статической балансировке подвергаются преимущественно роторы доскообразной формы не быстроходных машин. Условия применения статической балансировки предполагают выполнение трёх соотношений ( 4 ).

Вследствие того, что статическая балансировка не позволяет выявить динамическую и смешанную неуравновешенности, её не применяют для ответственных и быстроходных машин.

Сущность процесса статической балансировки заключается в том, что к лёгкой стороне ротора, диаметрально противоположно смещённому центру массы, прикрепляется уравновешивающий груз такой величины, при которой статическая неуравновешенность ротора либо устраняется полностью, либо снижается до предельно-допустимой величины. Уравновешивающий груз изменяет положение центра массы ротора и позволяет уменьшить его смещение от оси вращения до сколько угодно малой величины.

Условие достаточности статического уравновешивания в аналитическом виде может быть представлено любым из следующих соотношений:

В данных соотношениях e* , M*ст , K*ст – предельно-допустимые величины, соответственно, смещения центра массы ротора относительно оси вращения, коэффициенты статической неуравновешенности ротора. Статический момент ротора после установки уравновешивающего груза должен соответствовать соотношению (6)