Введение.
Современные химические предприятия представляют собой комплекс сложных технологических установок, которые предназначены для получения большого числа важнейших продуктов. Эти технологические установки включают разнообразные по конструкции и назначению машины, аппараты, колонны, трубопроводы, теплотехническое и электротехническое оборудование, которые объединяются под общим термином – оборудование. Оборудование, используемое для ведения углевого технологического процесса, принято называть технологическими или основными в отличие от типового оборудования, которое применяется во многих отраслях промышленности.
Монтаж (от французского слова montage – подъем, установка и сборка) следует за этапом изготовления оборудования. Монтаж технологического оборудования, связанных с ним опорных и обслуживающих металлоконструкций и трубопроводов, транспортирующих сырье, пар, воду, сжатый воздух и т.д. составляет комплекс механомонтажных работ (ММР).
Многообразие оборудования и коммуникаций обусловило специализацию монтажа. Из общего числа работ монтажу технологического и подсобно-вспомогательного оборудования выделяют специальные монтажные работы:
Электро– и тепломонтаж;
Монтаж систем КИП и средств автоматизации производства;
Работы по антикоррозионной защите;
Футеровке;
Изоляции поверхностей оборудования и т.д.
В данном курсе излагаются технические основы организации и технологии монтажа оборудования химических заводов и предприятий. Приводятся особенности монтажа основных видов технологического оборудования с изложением подробной методики расчета безъякорными методами, самоходными стреловыми кранами, мачтовыми подъемниками и гидроподъемниками, рассматриваются вопросы по расчету такелажной оснаски, применяемой для монтажа оборудования. ММР (монтаж оборудования, трубопроводов и металлоконструкций) слагаются из следующих разновидностей: такелажные работы, собственно монтажные работы, опробование и испытание смонтированного оборудования. В общем объеме работ по строительству предприятий нефтехимического комплекса монтажные работы составляют 40 – 50%, поэтому от их правильной организации зависят сроки завершения строительства, реконструкции и ремонта оборудования. Значительное повышение производительности технологических установок привело к увеличению массы монтируемых аппаратов и их габаритных размеров, в связи, с чем потребовалось разработать и создать новые грузоподъемные средства, позволяющие доставлять и монтировать тяжелые аппараты в полностью собранном виде.
|
|
Это позволяет значительную часть работ по сборке и сварке оборудования выполнять на машиностроительных заводах. Что в свою очередь позволяет сократить сроки монтажа и повысить качество и надежность оборудования при эксплуатации. Большие успехи достигнуты в монтаже технологического оборудования большой массы кранами или мачтами, грузоподъемность которых значительно меньше, чем масса поднимаемого оборудования. В нашей стране были разработаны новые методы монтажа, при которых аппараты поднимают способами выжимания, безъякорным, расчаливанием кранов, гидравлическими гидроподъемниками. Широко внедрен способ поворота вокруг шарнира.
|
|
Первая характеристика монтируемого оборудования и монтажных работ.
Для выбора наиболее эффективной технологии монтажа и требующегося для этого монтажа оборудования необходимы знания об основных параметрах оборудования: массе, габаритах, условиях работы, рабочих параметрах, режимах нагружения, необходимой точности сборки отдельных узлов. Однако технологическое назначение оборудования не полностью характеризует его особенности монтажа. Часто для аппаратов одинакового технологического назначения применяются совершенно различные методы и оборудования для монтажа и наоборот. Поэтому при описании монтажа тех или иных аппаратов целесообразно их подразделение на классификационные группы, которые основывались на общности главных монтажных приемов. Монтируемое оборудование классифицируется по следующим основным признакам:
· пространственному положению оборудования;
· массовым и габаритным характеристикам; расположению оборудования на территории технологической установки;
· рабочим условиям;
· конструктивным и технологическим особенностям оборудования.
Пространственное положение оборудования.
Все оборудования можно подразделить на горизонтальное, вертикальное, наклонное и пространственное.
К горизонтальному оборудованию относят всевозможные емкости, отстойники, подогреватели с паровым пространством, теплообменники, насосы, компрессоры, кристаллизаторы, барабанные вакуум – фильтры и другое. Большая часть оборудования этой группы является габаритной для перевозки по железным дорогам и поэтому прибывает на монтажную площадку в полностью собранном виде. При монтаже проводят работы по ревизии, установке в проектное положение и испытанию. Установку на фундамент производят в основном с помощью самоходных стрелковых или тракторных кранов и редко с помощью мачт или других средств.
|
|
К вертикальному оборудованию относятся емкости, колонны тарельчатые и насадочные различного технологического назначения, реакторы, некоторые типы теплообменников, компрессоров, дымовые трубы и другое. Многие аппараты этой группы негабаритны для перевозок по железным дорогам и их доставляют в виде отдельных узлов и деталей. Поэтому на монтажной площадке выполняется большой объем работ по сборке и сварке аппаратов. Установку таких аппаратов осуществляют главным образом с применением мачт и порталов, гидравлических подъемников или стационарных монтажных кранов. Иногда применяются самоходные стреловые краны при достаточной длине стрелы и грузоподъемности. Данные аппараты устанавливают в проектное положение полностью, собранными и испытанными на земле или несколькими блоками (при большой габаритности).
К наклонному оборудованию относятся различные транспортные устройства, вращающиеся цилиндрические печи (реакторы) некоторые конструкции сушилок. Аппараты могут быть как габаритными так и негабаритными для железнодорожной перевозке. При монтаже такого оборудования большой объем работ приходится выполнять по укрупнительной сборке и выверке смонтированных блоков. Устанавливают с помощью самоходных стреловых и башенных кранов, порталов.
К пространственному оборудованию относятся резервуары, трубчатые печи, конденсаторы – холодильники погружного типа, конденсаторы воздушного охлаждения, различные металлоконструкции оборудования поставляется в более или менее крупных узлах, а на монтажной площадке собирается полностью. Это оборудование целесообразно устанавливать самоходными стрелковыми кранами. Иногда применяют мачты, стрелы и другое грузоподъемное оборудование.
Массовые характеристики оборудования.
В настоящее время имеются грузоподъемные средства позволяющие монтировать аппараты в полностью собранном виде массой до 1500т.
С точки зрения возможности установки в проектное положение вертикальные аппараты можно разделить по массе на следующие основные группы: до 30, 30 – 200, 200 – 400 и свыше 400т.
Вертикальные аппараты массой до 30 т можно устанавливать мощными самоходными стреловыми кранами. Аппараты массой 30 – 200 т монтируют, применяя спаренные самоходные краны, трубчатые и решетчатые мачты, порталы, гидравлические подъемники и т.д. Монтаж аппаратов массой 200 – 400 т осуществляется с помощью мачтовых подъемников, гидравлических подъемников с использованием централизованной системы контроля и управления подъемом. Для монтажа оборудования массой до 400 т применяют крановое оборудование. Для увеличения грузоподъемности кранов применяют краны с расчаленными стрелами, опирающимися стрелами, стрелами, соединенными ригелем. Подъем аппаратов массой более 400 т производят с помощью специальных подъемников, т.е. наличием механизмов, транспортных и грузоподъемных средств.
Габаритные характеристики оборудования.
(длина, ширина, высота или диаметр).
Оборудования можно разделить на следующие группы:
1. габаритное, принимаемое для перевозки по железной дороге без ограничения и определенной степени негабаритности, принимаемое к перевозке в собранном виде с ограничениями.
2. негабаритное для железнодорожных перевозок, т. е. принимаемое к перевозке отдельными деталями, но габаритное для транспортировки в собранном виде по шоссейным или водным путям.
3. абсолютно не габаритное для перевозки в полностью собранном виде любым видом транспорта.
В первую группу входят многие горизонтальные и вертикальные аппараты, насосы, компрессоры, фильтры и т.д. Эта группа многочисленна и включает основное монтируемое оборудование. На монтажной площадке выполняют работы по установки оборудования в проектное положение его испытания иногда ревизию оборудования.
Вторая группа включает в себя различные ректификационные колонны, реакторы, регенераторы, дымовые трубы, трубчатые печи, конденсаторы – холодильники. Это оборудование поставляется в виде крупных блоков и на монтажной площадке приходится выполнять большой объем работ по сборке и сварке. Иногда целесообразно доставлять негабаритное по железной дороге оборудование, шоссейными дорогами или водными путями.
Расположение оборудования на территории технологической установки.
По расположению на территории технологической установки можно выделить следующие группы оборудования:
- монтируемое на высоких фундаментах, постаментах или металлоконструкциях вне помещений;
- устанавливаемое на уровне земли или на невысоком фундаменте, вне помещения;
- устанавливаемое под перекрытиями зданий или под постаментами.
Монтаж первой группы наиболее прост. В зависимости от вида оборудования и особенностей монтажной площадке применяют наиболее подходящие грузоподъемные средства. Монтаж второй группы оборудования осуществляется с помощью мачт, порталов, самоходных стреловых или стационарных монтажных кранов. Монтаж аппаратов и машин, устанавливаемых внутри зданий или под постаментами, более сложен вследствие стесненности монтажной территории и необходимости в большинстве случаев применять несколько грузоподъемных устройств.
Рабочие условия в оборудовании.
Под рабочими условиями понимают температуру, давление, а так же среду, находящуюся в аппарате и ее свойства. В зависимости от давления аппаратуру можно подразделить на работающее при избыточном давлении свыше 0,07МПа; работающем при избыточном давлении до 0,07МПа и работающие под вакуумом. Основное число аппаратуры работает под давлением до 2,5МПа. Величина давления влияет на конструкцию разъемных соединений, а также на технологию сварочных работ и методы контроля их качества. В зависимости от величины рабочего давления выбирают давление при испытании аппарата и способы его проведения.
Рабочая температура является одним из основных факторов, определяющих выбор материалов и конструктивных форм оборудования. По температурному режиму оборудование можно разбить на три группы: работающие при положительных температурах не свыше 250°С, свыше 250°С и при температурах ниже 0°С. Учитывая температуру, особое внимание следует обращать на получение качественных сварных соединений, на правильный подбор прокладок, набивок, крепежных деталей, а также на обеспечение температурных расширении конструкций. Рабочая среда степенью своей коррозионности и токсичности, а также своим агрегатным состоянием влияет на производство монтажных работ т.к. по этим характеристикам выбирают материалы для изготовления оборудования, подбирают защитные облицовки из легированных сталей или защитные футеровки, выдвигают дополнительные требования к качеству сварных соединений. В связи с наличием взрыво- и огнеопасных сред особые требования предъявляют к плотности всех соединений и в устройстве заземления для отвода статического электричества.
Конструктивные и технологические особенности оборудования.
В конструктивном отношении большинство аппаратуры представляют собой цилиндрические сосуды с днищами сферической, эллиптической или конической формы. Сферическая форма корпусов аппаратов встречается редко в основном у емкостей сжиженных газов. Аппараты с плоскими стенками применяются ещё реже. К ним относятся кожухи трубчатых печей, ящики конденсаторов – холодильников погружного типа. Насосы и компрессоры имеют специфическое конструктивное оформление в зависимости от их типа и назначения. Всестороннее знание характеристики монтируемого оборудования позволяет оценить трудоемкость монтажных работ и выбрать наиболее эффективный процесс их производства.
1.2 Основные группы технологических операций при проведении монтажных работ.
Монтаж различных видов оборудования хоть и имеет ряд общих основ, однако во многом различен. Опыт показывает, что в среднем при монтаже выполняется около 70 – 80 видов операций. Все эти операции можно разделить на следующие основные группы:
1) операции по раскреплению оборудования на транспортных средствах, сортировка оборудования.
2) разматывание канатов, их резка, соединение канатов при изготовлении из них деталей4; крепления канатов к аппаратам и конструкциями, а также строповка и расстроповка.
3) подъем и опускание грузов при погрузке и выгрузке, укладка грузов у места установки.
4) очистка поверхностей металлоконструкций и оборудования от ржавчины и окраска; очистка от смазки после консервации.
5) слесарные операции: опиловка поверхностей, шабровка, правка метало заготовок, разметка заготовок для изготовления деталей, нанесение рисок для мест сверления или приварки деталей.
6) сверление и развертка отверстий в металле.
7) резка металлических листов, уголков, швеллеров (для изготовления различного нестандартного оборудования), труб, снятие фасок под сварку, вырезка фасочных отверстий в листовом металле и трубах.
8) сборка и контроль затяжки резьбовых соединений для крепления его к фундаменту, соединение различных деталей аппаратов.
9) проверка и приемка фундаментов, установка и выверка прокладок, установка и выравнивание анкерных болтов.
10) подъем и установка оборудования в проектное положение.
11) выверка правильности установки отдельных элементов оборудования, центрирование сопрягаемых сборочных единиц, валов, отдельных элементов корпусов, выверка установки оборудования в собранном виде.
12) испытание аппаратов и трубопроводов – гидравлическое, пневматическое и вакуумное, включающие следующие операции: установку заглушек, присоединение трубопроводов; установку и включение насосов или компрессоров; установку измерительной аппаратуры материалов, волизуметров; тарировку измерительной аппаратуры; механические испытания оборудования (опробование и пуск).
Установку измерительной аппаратуры в зависимости от вида испытуемого оборудования, измерения оборотов, шума, температуры масла в опорах. Помимо перечисленного к данной группе операций можно отнести: установка и набивка сальников, смазывание деталей, маркировка заготовок, рихтовка элементов оборудования, развальцовка труб и т.д. Отдельно в процессе монтажа выделяются сварочные работы, однако ряд операций можно отнести к слесарным: зачистка сварных швов и поверхностей под сварку, предварительная рихтовка деталей перед сваркой.
Такелажные средства для проведения монтажных работ. Работы по перемещению оборудования к месту монтажа или предварительн6ой сборки называются такелажными. Основными операциями при такелажных работах являются: строповка перемещаемого оборудования; расстроповка его после установки в проектное положение или выгрузка у мест укладки и само перемещение на небольшое расстояние с помощью лебедки, домкратов, а также операции подъема и опускания. Средства, с помощью которых ведут такелажные работы, называют такелажной оснасткой. Они состоят из канатов цепей, стропов, блоков, полиспастов, лебедок, талей и домкратов, якорей, мачт, расчалок.
2.1. Канаты: пеньковые, капроновые и из стальной проволоки. Канаты различаются по конструкции, типу, направлению свивки, виду проволоки, назначению.
Пеньковые и капроновые канаты используются в основном для ручных оттяжек, а так же в качестве грузовых канатов при подъеме небольших грузов вручную. Эти канаты состоят из отдельных нитей. Нити скручиваются в пряди, пряди в каболки. Если канат изготавливают из пропитанных горячей смолой каболок – то это смольный канат; если нет то бельный.
Стальные канаты делают из отдельных проволок диаметров 0,5 – 3,5 мм. Проволоки свивают в пряди, а пряди навивают на органический или металлический сердечник. Широкое применение нашли шестипрядные канаты двойной свивки, т.е. канаты, состоящие из шести прядей, свитых из отдельных проволок и органического сердечника (из пеньки, манильского волокна, асбеста). Мягкий органический сердечник увеличивает гибкость каната, улучшает его сопротивляемость динамическим нагрузкам и обеспечивает удержание смазки, предохраняющей проволоку от коррозии и усиленного износа. Канаты изготавливают из светлой (неоцинкованной) или оцинкованной стальной проволоки, хотя тросы из оцинкованной проволоки более стойки к коррозии, однако их прочность меньше на 7 – 10% и она дороже. При надлежащем уходе за канатами при его эксплуатации выход его из строя происходит не из-за коррозии, Гр. 680 а в результате усталостного разрушения проволок под действием динамических нагрузок и многократных перегибах на роликах. Поэтому для монтажных работ применяют канаты из светлой неоцинкованной проволоки. В зависимости от расчетного разрывного усилия проволок различают канаты по маркам: В – высшая, I – первая, II – вторая. Различают канаты с точечным касанием проволок между слоями прядей (ТК), с линейным касанием (ЛК) и с комбинированным точечно-линейным касанием (ТЛК). Канаты типа (ТК) по назначению изготавливают грузовые (Г) и грузолюдские (ГЛ). Канаты ЛК более прочны и износостойки, чем ТК. Проволоки из которых свивается канат, могут быть одинакового или различного диаметра. При разном диаметре проволок в обозначении каната добавляется буква (Р), при одинаковом – (О). В зависимости от направления свивки верхнего слоя проволоки различают канаты правой (П) и левой (Л) свивок. В зависимости от комбинаций направлений свивки прядей и проволок в пряди различают канаты параллельной (односторонней) свивки, когда направление свивки проволок в прядях и прядей в канате одинаковое; крестовой свивки, когда направление свивки проволок в прядях противоположно направлению свивки прядей в канате; комбинированной свивки, когда проволоки в двух соседних прядях имеют противоположное направление. По виду свивки различают канаты обыкновенные и нераскручивающиеся (Н) т.е. такие, которые не раскручиваются после снятия концевых перевязок (марок). Канаты крестовой свивки менее прочны и гибки, чем канаты односторонней свивки, но последние более подвержены самораскручиванию. В грузоподъемных механизмах и для такелажных работ применяют канаты комбинированной и крестовой свивки. Канат, свитый из нескольких канатов, называется кабелем и применяется при больших растягивающих усилиях.
Гибкость каната при прочих равных условиях определяется диаметром проволок и их числом. Чем меньше диаметр или чем больше их число в пряди при одинаковом диаметре проволоки и числа прядей, тем канат более гибкий. Однако канат из проволоки меньшего диаметра быстрее изнашивается и стоит дороже. При монтаже нашли применение следующие отечественные канаты диаметром до 56 мм (ГОСТ 2688 -80) и диаметром до 63 мм (ГОСТ 7668 – 80).
Канаты в зависимости от назначения подразделяются на грузовые, поддерживающие, несущие и строповые.
Грузовые канаты применяют для подъема или горизонтального перемещения грузов в различных системах полиспастов. Грузовые канаты в процессе работы подвергаются многократным изгибом на роликах блоков и барабанах лебедок. Они должны обладать большой гибкостью и прочностью. Это канаты конструкций 6×36+1ос (ГОСТ 7668 – 80), в качестве замены 6×37+1ос (ГОСТ 3079 – 80) первая цифра (6) обозначает число прядей в канате, вторая – число проволок в пряди, третья – число органических сердечников (ОС).
Поддерживающие канаты служат для придания устойчивости грузоподъемным средствам и для управления положением груза во время его подъема и перемещения. Канаты этой группы (всевозможные расчалки, ванты, оттяжки) в процессе работы не подвержены многократным изгибам (они изгибаются только раз в местах крепления) поэтому они могут быть более жесткими, чем грузовые. Поддерживающие канаты имеют конструкции 6×19+1ос (ГОСТ 2688 – 80) в замену идут канаты 6×25+1ос (ГОСТ 7665 – 80) или 6×19+1ос (ГОСТ 3077– 80).
Несущие канаты применяют в качестве рельса монтажного кабельного крана или тросовых дорожек (ГОСТ 2688 – 80).
Строповые канаты служат для обвязки перемещаемого груза. Эти канаты должны быть гибки, чтобы допускать многократные перегибы и вязку узлов (ГОСТ 7668 – 80), а в случае замены канатами других стандартов аналогично грузовым канатам.
Пример условного обозначения каната: канат 28 – Г – Т – Л – О – Н1800 ГОСТ 2688 – 80; это канат диаметром 28 мм, грузового назначения, из светлой проволоки марки 1, левой односторонней свивки, нераскручивающийся, с маркировочной группой по временному сопротивлению разрыву 1800 Н/мм2.
Расчет канатов.
Нагруженный канат работает в весьма сложных условиях. Проволоки каната подвергаются растяжению, кручению, изгибу, взаимному трению. При этом наружные проволоки изнашиваются в большей степени, что сокращает срок службы каната и заставляет увеличивать запас прочности. При отправки заказчикам завод изготовитель снабжает канат сертификатом качества, где указывается его количество (длина и масса), а также разрывное усилие каната в целом. Часто приводится лишь значение суммарного разрывного усилия всех проволок в канате, которое необходимо пересчитать на значение разрывного усилия для каната в целом, пользуясь следующими соотношениями, приведенными в стандарте на канат данной конструкции и прочности проволок. В среднем суммарное разрывное усилие проволок больше разрывного усилия каната на 17% т.е. 
где R – разрывное усилие для каната;
Rс – суммарное разрывное усилие проволок.
Канаты для монтажных работ рассчитывают только на растяжение в следующем порядке. Определяют максимальную нагрузку δ на канат (на одну ветвь). Усилие δ на одну ветвь каната определяют в зависимости от массы груза, числа грузовых ветвей, направлению канатов в системе, действия ветра и т.д. используют величину усилия для наиболее неблагоприятного случая сочетания нагрузок. Затем в зависимости от назначения и условий работы (режима) каната выбирают коэффициент запаса прочности, после чего определяют расчетное усилие.
где δ – усилие на одну ветвь каната в грузоподъемной системе без учета динамических нагрузок;
k3 – коэффициент заноса прочности каната, выбирают в зависимости от режима работы каната.
Если скорость каната не превышает 0,2 м/с, он работает без рывков и число изгибов на роликах не превышает четырех, то это легкий режим работы. Тяжелый режим работы характеризуется скоростью каната более 0,2 м/с, рывками и числом перегибов на роликах больше четырех. Значение k3 – лежит в пределах от 3 до 8. если используют имеющийся канат, то для проверки его по действующей нагрузке и усилию определяют фактический коэффициент запаса k31, величина которого должна быть не менее нормативного коэффициента k3.
Разрывное усилие R1 и R2 (или допустимые усилия Sg1 и Sg2) для канатов одинаковой конструкции и назначения, но различных диаметров d1 и d2 связаны соотношением 
Стальные канаты должны соответствовать требованиям ГОСТа 3241 – 91 “Канаты стальные. Технические требования”, а также гос. стандартом.
Соединение и закрепление канатов.
Для соединения двух пусков каната, а также для изготовления петель и инвентарных стропов используют неразъемные и разъемные соединение. К неразъемным соединениям относятся соединения сплеткой и гильзами. Сплетение концов канатов используют главным образом для изготовления инвентарных стропов, предназначенных для подъема однотипных грузов. Длина сплетки зависит от диаметра каната. Сплетение канатов является трудоемкой операцией, с помощью сплетки соединяют прямые концы канатов, а также изготавливают петли. Широкое применение получают гильзоклиновые соединения. Канат загибают вокруг продольной оси каната и вытягивают в цилиндрическую гильзу. Затем обжимают гильзу вместе с концами каната, после чего гильза приобретает овальную форму. Гильзы изготавливают из стальных труб и предварительно обжигают. Неразъемные соединения кроме сложности образования сбыта имеют тот недостаток, что при обрыве проволочек каната выше допустимого числа трудно использовать оставшуюся часть каната. Изготовление разъемных соединений проще и менее трудоемка. Разъемные соединения осуществляют несколькими способами. В большинстве случаев канаты соединяют, завязывая узлы и скрепляя концы их зажимами или обвязывая мягкой обожженной проволокой. Свободный конец каната, закрепляемый зажимами, должен иметь длину не менее 300мм. Зажимы ставят с шагом t=6d, где d – диаметр каната в мм. Число зажимов n для крепления можно определить по следующему уравнению n=d/5. усилив, необходимое для сжатия канатов, создается в зажиме затяжной резьбовых соединений. Наиболее простым способом является соединение с помощью скоб и планок. На согнутый в виде петли конец каната надевают скобу или планку. Применяют также кованные зажимы, которые обеспечивают высокую прочность соединениям и мыло повреждают канаты.
Рис.
Перспективным является применение клиновых зажимов, включающих клин, обойму, небольшое число болтов. Для регулирования длины тросов во время работы используют винтовые стяжки (фаркопфы). Для сращивания тросов и для прикрепления их к такелажным средствам используют также узлы. Основные требования которые предъявляются к монтажным узлам: чтобы они были просты, без резких перегибов троса; надежно держались во время работы и легко развязывались после снятия или опускания груза на место. В зависимости от назначения существуют различные типы узлов: прямой узел, рифовый узел, штыковой узел, вязка в коуш или петлю, удавка или плотничий узел, удавка с нахлесткой, мертвая петля, крестовая петля, морской узел, крюковой узел. Для предохранения канатов от крутого перегиба и перетирания используются коуши. Их используют также и для изготовления специальных петель, которыми часто заканчиваются концы тросов полиспастов, растяжек стреловых кранов, стропов и др. Коуши изготавливают из листовой стали штамповкой и для предохранения от коррозии оцинковывают.
Стропы предназначаются для захвата груза и подвески его на крюк или петлю грузоподъемного устройства и изготавливаются из пеньковых или стальных канатов, а также цепей. Их подразделяют на универсальные, обличенные, многоветвевые, витые и цепные.
Ст3.
Балансировка вращающихся деталей.
Балансировка является специфическим способом восстановления деталей, при котором восстанавливается их динамическая или статическая уравновешенность, утраченная в результате износа или после ремонтных операций, которые предшествовали балансировке. Нарушения балансировки может возникнуть также при сборке вращающегося узла. Неуравновешенные массы при вращении приводят к появлению центробежных сил, которые вызывают вибрацию машины и ее повреждение. В механическом смысле балансировка – метод распределения массы вращающегося тела, при котором устраняется вибрация опор тела. Возможна неуравновешенность двух типов. Для деталей, близких по форме к тонким дискам, характерна неуравновешенность, появляющаяся в смещении центра тяжести детали от оси вращения к появлениям центробежной силы. Для деталей, имеющих значительную длину в осевом направлении, неуравновешенные силы возникают в различных сечениях. Эти силы могут быть приведены к паре сил Р-Р и результирующей силе К
Рис
Дисбаланс D измеряется статическим моментом:
где G – вес детали, Н;
r – смещение центра тяжести детали от оси вращения, см;
m – неуравновешенная сила (или вес уравновешивающего груза), Н;
R – расстояние от оси вращения до центра тяжести уравновешивающего груза, см.
Неуравновешенность от пары сил называется динамической неуравновешенностью, поскольку обнаружить ее статической балансировкой невозможно. Её определяют в динамических условиях при вращении детали, когда возникает момент пары сил М
где а – плечо пары сил;
m – вес одного из грузов, вызывающих дисбаланс;
ω – угловая скорость;
g – ускорение свободного падения.
На практике чаще всего встречается смещенная неуравновешенность. При этом сначала проводится статическая балансировка для уменьшения результирующей силы К, а затем динамическая. Первым фактором, определяющим границы использования статистической или динамической балансировки, является относительная длина детали L/D, вторым – частота вращения детали n.
Рис
I – область статической балансировки;
II – промежуточная область;
III - область динамической балансировки.
Статическая балансировка основана на стремлении центра тяжести детали занять положение, наиболее низкое из всех возможных. Таким образом, центр тяжести неуравновешенной детали будет размещаться на вертикальном направлении ниже оси вращения. Статическая балансировка осуществляется на специальных приспособлениях - призмах или вращающихся дисках. Призмы состоят из рамы и двух закаленных опорных ножах. Рама прочно закрепляется на фундаменте. Ножи устанавливаются строго параллельно и горизонтально. Ширина верхней опоры части ножей должна исключать образования вмятин на шлейках вала детали. В тоже время трение качение должно быть сведено к минимуму. Коэффициент трения качения обычно равен (1÷4)10-2. если смещение центра тяжести детали не превышает значения коэффициента трения качения, деталь теряет способность перемещаться на призмах, поэтому максимальное смещение центра тяжести, определяемое на призмах, равно величине коэффициента трения качения. Техника статической балансировки заключается в следующем. Балансируемую деталь (колесо центробежного насоса) надевают на её рабочий вал или на специально изготовленную оправу и устанавливают на балансировочное приспособление. Для преодоления трения покоя детали сообщается толчок, вызывающий перекатывание её на приспособление. После затухания качения деталь самоустанавливается в нижнем.
Факторы определяющие границы использования статистической или динамической балансировки.
1) L/D 2) U
Рис
I – область только статической балансировки;
II – смешанная;
III - область динамической балансировки.
Статическая балансировка на ножах. Трение качение детали должно быть связано до минимума. Коэффициент трения качения обычно равен 10-2÷4×10-2. если смещение центра тяжести детали не превышает значения коэффициент трения качения, деталь теряет способность перемещаться на призмах, поэтому минимальное смещение центра тяжести, определяемое на призмах, равно величине коэффициент трения.
Ширина рабочей поверхности ножей.
| b | вес детали |
| 0,3 мм | до 3 |
| 3,0 мм | |
| 10,0 мм |
рис
Более того (с учетом сил трения) балансировка на призмах проводится следующим образом. Вначале, повернув ротор на призмах, дают ему возможность свободно остановиться, каждый раз отмечая мелом нужную точку. Если нижнее положение будет занимать одна и та же точка, через нее проводят вертикальную линию и подбором груза стремятся скомпенсировать разбаланс. Добившись безразличного положения оправки с ротором, переходят к следующей операции, которая заключается в определении остаточного разбаланса вследствие наличия сил трения между призмами и отправкой.
Рис
Окружность ротора делят на 6÷8 равных частей. У отмеченных делений на роторе, устанавливаемых поочередно в горизонтальном положении (плоскости), подвешивают различные грузики, одинаково удаленные от центра, до тех пор, пока ротор не начнет вращаться на призмах. Вес грузиков наносится на диаграмму. По кривой (для ρ мин) находят центра тяжести диска. Для того, чтобы диск уравновесить, необходимо в противоположном месте поставить корректирующий груз.
Рис.
Динамическая балансировка гораздо сложнее статической. Её обычно выполняют на машиностроительных заводах при изготовлении машин. В процессе эксплуатации дисбаланс появляется в результате неравномерного износа, налипания продуктов, деформации детали и вала. Неуравновешенность узла в сборе оказывается в несколько раз выше, чем собственная неуравновешенность отдельных деталей, т. е. большая часть дисбаланса при сборочных операциях. Поэтому для деталей целесообразно статическое, а для узлов – динамическая балансировка. Неуравновешенные центробежные силы могут быть приведены к результирующей силе и паре сил. Результирующая сила компенсируется при статической балансировке. Пара сил устраняется при динамической балансировке. Пара сил может быть приведена к любой плоскости. Плоскостями балансировки, т.е. плоскостями установки балансировочных грузов узла динамической балансировке удобнее всего выбирать торцевые поверхности ротора.
Рис.
Принципиальная схема динамической балансировки на балансировочном станке заключается в последовательном уравновешивании двух (для длинных валов – трех) плоскостей балансировки. Для этой цели опора закрепляется неподвижно, а другая совершает колебания опор в той же последовательности, как и при балансировка на станке. При работе машины колебания передаются не только на опоры, но и на фундамент. Амплитуда этих колебаний меньше, чем при свободной подвеске в балансировочном станке. Для повышения амплитуды колебаний опор, последние в период балансировки могут крепиться к станкам на резиновых прокладках. Остаточная неуравновешенность при балансировки в собственных опорах выражается величиной остаточной амплитуды колебаний подшипниковых опор.
Рассмотренные способы динамической балансировки относятся к жестким роторам, у которых значение nраб не превышает первой критической скорости, когда появляются признаки резонанса и амплитуда колебаний резко увеличивается. Для гибких роторов, рабочая скорость которых равна или выше первой критической скорости вращения характер колебаний опор зависит от податливости и массы опор, а воздействие пробных грузов зависит от распределения неуравновешенных сил по длине ротора.
Для жесткого ротора неуравновешенность может быть устранена при любом n, т. к. положение неуравновешенных сил не зависит от числа оборотов. Для гибких роторов величина дисбаланса, так же как и форма упругой линии вала зависит от n. Поэтому балансировка гибких роторов осуществляется только при рабочем значении n.
Рис
Вместе с колебаниями балансируемой детали. Например при закреплении левой опоры колебания правой опоры будут вызываться действием сил