ДИНАМИЧЕСКАЯ БАЛАНСИРОВКА РОТОРОВ

ремонт шнековых центрифуг
Динамическая балансировка роторов
– ключевое звено капитальных ремонтов
шнековых центрифуг
Ю.А. Кривенко - Начальник центра экологического инжиниринга ЗАО «КАМАК» (Санкт-Петербург)
А.А. Груздев - к.т.н., Ведущий научный сотрудник OOO «АТИС-БАЛАНС» (Москва)
Нефтедобывающие и нефтеперерабатывающие предприятия, использующие для регенерации бурового раствора, регенерации нефтяного шлама из искусственных нефтяных озер и глубокой очистки производственных стоков такое компактное и
высокопроизводительное оборудование, как осадительные шнековые центрифуги, в условиях неизбежной интенсивной его эксплуатации, в конечном счете, сталкиваются с необходимостью решения вопроса его капитального ремонта.
О
дним из основных элементов
успешного восстановления работоспособности промышленных
осадительных шнековых центрифуг (другие названия – «центрипрессы», «декантеры», «трикантеры», др.) наряду с ремонтом базовых и центрирующих поверхностей, защитой кромки винтовой плоскости шнека является динамическая балансировка роторов этого оборудования.
На эксплуатационных режимах работы данной техники неизбежно возникает разбалансировка ротора за счет, так
называемого, эксплуатационного дисбаланса, связанного с упругими деформациями элементов конструкции в результате силового воздействия потока и неравномерного распределения рабочей
среды внутри рабочей зоны установки.
Среди основных причин эксплуатационного дисбаланса работающих центрифуг можно назвать следующие:
• использование
эксплуатационными
службами предприятий, собственников
данной техники, в ходе поузловой сборки своими силами неоригинального
крепежа и его затяжка с усилиями, несоответствующими нормативным требованиям производителя по монтажу;
82
• утрата в ходе эксплуатации значительного (более 5%) количества твердосплавных пластин кромки винтовой
плоскости шнека;
• неспециализированный монтаж оригинальных, но имеющих изначальный
разновес пар противоизносных башмаков на барабане центрифуги;
• несоблюдение во время выполнения работ по ремонту своими силами
при механической обработке и монтаже нормативных требований чертежей
производителя по допустимым отклонениям полученных размеров, посадкам и биениям, а также необработка
скрытых базовых поверхности наружного барабана и шнека;
• недостаточно качественная центровка
ротора в сборе на фундаментной раме
и относительно планетарного редуктора;
• проток при работе центрифуги жидкого осадка во внутреннюю герметичную
полость шнека из-за износа смонтированных внутри нее узлов (камеры флокуляции и др.);
• скапливание и затвердевание жидкого
осадка во внутренней полости камеры
флокуляции во время длительной пла-
всероссийское отраслевое рекламно - и н ф о р м а ц и о н н о е и з д а н и е
новой или аварийной остановок установки, проведенных без предварительной ее промывки;
• эксплуатация смонтированного в старом барабане нового закупленного
предприятием в качестве подменного фонда оригинального шнека вместо установки нового ротора в сборе,
и другие.
Возникновению динамической неуравновешенности этого оборудования может
также способствовать и специфичная для
данных роторных машин конструкция ротора центрифуги, когда внутри барабана,
вращающегося с одной частотой, смонтирован отцентрованный с ним шнек, вращающийся с другой частотой.
Как известно при вращении любых роторов имеются критические частоты, на которых наблюдается повышенная виброактивность роторной системы. Критические
частоты подразделяются на первые две
критические (резонансные) и последующие (изгибные) частоты. На резонансных
частотах основная энергия колебаний связана с деформацией элементов конструкции опор с небольшим изгибом (прогибом)
оси ротора. На изгибных частотах основная
энергия колебаний связана с прогибом ро-
ремонт шнековых центрифуг
тора, что может привести к разрушению
роторной системы. Роторы, рабочие частоты которых превышают резонансные частоты и имеющие сравнительно небольшой запас по изгибным частотам, относятся к классу гибких роторов.
В результате анализа проектноконструкторской документации и длительных испытаний было выявлено, что
шнеки, а в определенной ситуации и барабаны центрифуг, относятся к классу
упруго-деформируемых роторов с характерным сравнительно небольшим запасом по резонансным частотам вращения. На первой резонансной частоте вращения роторов центрифуг перемещения ротора и барабана аналогичны перемещениям абсолютно жесткого балки
на упругих опорах под действием силы,
приложенной в середине пролета балки.
На второй резонансной частоте вращения – под действием момента сил.
Рабочие частоты вращения центрифуг,
в зависимости от их конструкции, находятся в диапазоне от 1000 до 4000 об./
мин., первые резонансные частоты вращения – от 2000 до 6000 об./мин.
Практика показывает, что заинтересованными предприятиями для устранения
неуравновешенности шнековых центрифуг традиционно используются следующие виды динамических балансировок:
• Динамическая балансировка на низкой
частоте. При низкочастотной балансировке центрифуг устраняется так называемый исходный дисбаланс относительно оси ротора и барабана, связанный с неточностями механической
обработки и сборки. Тем не менее, для
центрифуг, которые являются роторными системами сложной конструкции, в обязательном порядке необходимо обеспечить стабильность измерений начальных и монтажных дисбалансов в широком диапазоне балансировочных частот вращения. Так, как
показывает опыт балансировок ЗАО
«КАМАК» показания остаточного дисбаланса на низкой и высокой частотах
вращения такого узла как шнек могут
существенно отличаться.
• Проверка дисбаланса, полученного в
ходе низкочастотной балансировки, на
частотах вращения близких к рабочим.
В той связи, наилучшие результаты
могут быть получены на немногочисленных
разгонно-балансировочных
стендах. Но крайне высокая стоимость
подобных динамических балансировок
не позволяет практически всем предприятиям, собственникам центрифуг,
рассматривать подобную возможность.
Проведение же данной проверки дисбаланса на дорезонансных балансировочных станках для подавляющего числа
центрифуг практически невозможно.
Это связано с тем, что при разгоне до
2000 об./мин. и выше, например, такого основного узла как шнек, обладающего значительной массой, наряду с
сильнейшими аэродинамическими возмущениями («вентиляторным эффектом») приходится преодолевать еще
и собственную резонансную частоту
станка. В этой ситуации возможен выход из строя станка с серьезными последствиями для обслуживающего его
персонала, а также повреждение шнека.
• Балансировка ротора в собственных
опорах. Но данный способ можно рассматривать только, как доводочную работу на месте монтажа во время ввода
установки в эксплуатацию после капитального ремонта в специализированной организации для корректировки некоторых конструктивных и эксплуатационных факторов, влияние которых не
удается исключить другим способом.
Если же данную технологию эксплуатационные службы предприятий начинают практиковать на центрифугах, работающих длительное время после ремонта и имеющих серьезные отклонения от основных показателей, то это
равносильно «самолечению», способствующему «укрытию болезни внутрь»
с очень серьезными дальнейшими последствиями для технического состояния данного оборудования. Необходимо также отметить, что оптимальных
результатов при этом способе все равно не достигнуть так, как по конструктивным причинам в собранном виде у
данного типа центрифуг нет доступа ко
всем плоскостям коррекции и к характерным местам установки первичных
преобразователей вибрации.
Совместные исследования OOO «АТИСБАЛАНС» и ЗАО «КАМАК» показали, что
для упруго-деформируемых центрифуг
классическая балансировка роторов в
двух плоскостях коррекции плохо удовлетворяет требованиям вибрационной
надежности установки и становится эффективным метод многоплоскостной балансировки с распределением корректирующих масс вдоль оси ротора.
Промышленно-судоремонтная компания ЗАО «КАМАК» (Санкт-Петербург) уже
более 5 лет активно осуществляет ремонт
сепарационных шнековых центрифуг и
центрипрессов европейских и отечественных производителей. За это время выполнено более 30 капитальных ремонтов данного оборудования предприятий системы
Водоканалов, целлюлозно-бумажной, нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей и других видов промышленности. В
настоящее время компания - признанный
лидер на рынке ремонта приводных центробежных сепарационных устройств по
отделению биологических, нефтесодержащих и промышленных шламов. Длительное время ЗАО «КАМАК» является
сервисным дилером группы компаний
ANDRITZ – известного мирового производителя промышленного сепарационного
оборудования (в том числе центрифуг,
торговых марок BIRD HUMBOLDT и KHD).
Накопленный опыт позволяет компании
успешно производить текущие и капиталь-
w w w. S - N G . r u
83
ремонт шнековых центрифуг
ные ремонты рассматриваемой техники
самых различных производителей, иногда
даже при минимальной технологической
поддержке со стороны изготовителя.
Особое значение при выполнении ремонтных работ компанией уделяется динамической балансировке роторов, которая проводится на зарезонансном станке
МС9Г719-3, специально модернизированном под задачи ремонта рассматриваемого
оборудования. Балансировка малых узлов
и роторов проводится на стенде для динамической балансировки роторов «Saturn».
Компания «КАМАК» накопила значительный опыт по динамической балансировке средних и тяжелых (до 7 т) роторов
различной геометрии, в том числе шнеков
и барабанов сепарационных установок,
роторов вертикальных насосов насосных
станций, роторов центробежных компрессоров, многоступенчатых и питательных
насосов большой производительности,
якорей генераторов и крупных электродвигателей и других. Балансировка может
проводиться на роликовых опорах, на опорах скольжения, а также на собственных
подшипниках ротора. Последовательность
процесса применительно к роторам шнековых центрифуг на первоначальном этапе
предполагает динамическую балансировку
на низкой частоте, а затем проверку значений остаточного дисбаланса на рабочих
частотах вращения до 3300 об./мин. Эффективность результатов определяется не
только возможностью настройки станка,
позволяющей, например, для роторов
сложной конфигурации учитывать, в том
числе и моментный дисбаланс (лучше), но
также возможностью разнесения величины полученного остаточного дисбаланса
по длине ротора в 10-ти плоскостях с целью устранения влияния прогиба вала на
рабочей частоте (многоплоскостная балансировка). Для предупреждения наката на
установочных на ролики поверхностях роторов практикуется монтаж на эти цапфы
ротора внутренних полуколец новых (не-
84
выработанных) роликовых подшипников.
При проектировании и создании технологической оснастки обеспечивается ее динамическая балансировка, точная посадка
по базовым поверхностям балансируемого
изделия с минимальными радиальными и
торцевыми боями и надежным креплением, исключающим деформацию посадочных мест на балансировочных частотах
вращения.
Устранение полученного в результате
балансировки остаточного дисбаланса
шнека осуществляется приваркой грузов
с ненапорной (тыльной) стороны винтовой
плоскости с разнесением полученного суммарного значения по вcей длине шнека.
При этом для шнеков и барабанов
практикуется раздельная балансировка
основных сборочных узлов (цапфа шнека, шнек, цапфы барабана, барабан), после окончания комплекса ремонтных мероприятий каждого из них. Это снижает опасность ухудшения общего вибрационного фона установки при вводе ее в
эксплуатацию после ремонта.
Необходимо отметить, что динамическая
балансировка, является одним из завершающих ответственных производственных
процессов, по которому в компании осуществляется окончательный контроль качества сборки основных сборочных единиц. Основным критерием наряду с прочими здесь является стабильность измерений значений остаточных дисбалансов.
В отличие от большинства сервисных
предприятий, предлагающих своим заказчикам вместе с динамической балансировкой достаточно ограниченный
комплекс услуг, нашим предприятием
для широкого ряда промышленного оборудования на своей производственной
базе могут быть выполнены любые виды
ремонта, среди которых можно выделить
следующие:
• Капитальные ремонты шнековых центрифуг, их модернизационные работы,
выполняемые самостоятельно или сов-
всероссийское отраслевое рекламно - и н ф о р м а ц и о н н о е и з д а н и е
местно с фирмой-производителем;
• Инспекционные обследования технического состояния шнековых центрифуг,
эксплуатирующихся на объекте заказчика;
• Текущие и капитальные ремонты воздуходувок, мацераторов, спиральных
транспортеров и другой надзорной
(ранее поставленной) техники;
• Агрегатные замены, капитальные ремонты и ревизии крупных центробежных насосных агрегатов;
• Капитальные ремонты промышленных
теплообменников типа «дым-дым» по
месту их установки без использования
крановых устройств;
• Изготовление деталей машиностроительного комплекса и конструктивных
элементов теплоэнергетического оборудования по чертежам заказчика;
• Восстановление роторов и валов диаметром до 1700 мм и длиной до 8 м,
а также корпусных деталей и других
узлов вращения посредством наплавки
и механической обработки;
• Защита рабочих поверхностей ответственных узлов, подвергающихся интенсивному абразивному, кавитационному и эрозионному износу, посредством
газопламенного напыления твердосплавными порошками, пайки карбидовольфрамовых пластин, наплавки специальными электродами, а также при помощи полимерных ремонтных составов.
ЗАО «КАМАК» приглашает всех заинтересованных потенциальных Заказчиков к взаимовыгодному сотрудничеству
в области капитальных ремонтов энергоемкого роторного оборудования.
ЗАО «КАМАК»
198095, Санкт-Петербург,
ул. Маршала Говорова, д.35, оф.420
тел. (812) 3253665, 9394837
факс (812) 3253605
e-mail: [email protected]
e-mail: [email protected]
www.kamak.ru