В процессе эксплуатации турбины возможно смещение положения центра тяже­сти ротора вследствие прогиба вала, неравномерного из­носа лопаток и других причин. Смещение центра тяже­сти ротора вызывает появление неуравновешенной цен­тробежной силы, стремящейся изогнуть вал. Вследствие этого при вращении ротора возникает вибрация, кото­рая приводит к расшатыванию креплений подшипников, расцентровке роторов, нарушению плотности фланцевых соединений трубопроводов, связанных с корпусом тур­бины, и к другим нарушениям.

На вибрационное состояние турбоагрегата влияют также резонансы колеблющейся системы ротор—опора— фундамент турбоустановки, тепловая нестабильность ро­тора генератора и воздействие на ротор электромагнит­ного поля, расцентровка из-за тепловых деформаций цилиндров турбин и связанных с ними подшипниковых опор. При появлении недопустимой вибрации подшип­ников необходимо выявить причины, вызвав­шие вибрацию, и если вибрация вызвана неуравнове­шенностью ротора, то надо произвести динамическую балансировку ротора.

В имеющейся технической литературе по ремонту па­ровых турбин Достаточно подробно изложены практиче­ские приемы динамической балансировки жестких рото­ров. Основной задачей такой балансировки является определение величины и места приложения уравнове­шивающегося груза.

Динамическую балансировку небольших роторов (вес не более 20 т) довольно часто производят на специаль­ном станке, который легко можно изготовить силами ре­монтного цеха электростанции. Вращение ротора на та­ком станке осуществляют при помощи ременной передачи от асинхронного электродвигателя, в цепь которого обычно включается водяной реостат, позволяющий регу­лировать число оборотов. Передаточное число от элек­тродвигателя к валу и число оборотов электродвигателя подбирают так, чтобы имелась возможность регулиро­вать число оборотов ротора от 0 до 400 в минуту.

Вибрацию ротора измеряют индикаторами, установ­ленными на обоих подшипниках. После укладки ротора на подшипники и проверки по уровню горизонтальности его положения на станке производят опробование рабо­ты станка. Направление вращения ротора на станке должно быть таким же, как и при работе в турбине. Если никаких ненормальностей при опробовании не обнаружено, приступают к динамической балансировке.

Включают электродвигатель и доводят число оборо­тов ротора до 300—400 в минуту (число оборотов кон­тролируют ручным тахометром). При достижении нуж­ной скорости вращения сбрасывают ремень и ротор на­чинает вращаться по инерции. Отжимают стопоры под­шипников со стороны балансируемого конца ротора и при появлении равномерной вибрации подшипников про­изводят измерение вибрации. Показания индикатора и число оборотов ротора фиксируют в ведомости. Так же определяют амплитуды колебаний в зависимости от чи­сла оборотов для второго конца ротора.

После определения амплитуд колебаний обоих кон­цов ротора приступают к его балансировке обычно на подшипнике, дающем наибольшие вибрации. Концевые диски мелом по наружной поверхности делят на равные 8—10 частей и специально приготовленный груз пооче­редно укрепляют во все 8—10 точек крайнего диска; при этом измеряют амплитуду колебаний подшипника. Зная амплитуду колебаний подшипника без пробного груза и с ним в разных положениях, строят график изменения амплитуды колебании в зависимости от места установки пробного грума. Лучшим местом установки пробного груза будет то, которое соответствует наименьшей амплитуде колебании.

Определив место установки груза и принимая во вни­мание го обстоятельство, что амплитуда колебаний пря­мо пропорциональна величине груза, при помощи построенного графика нетрудно определить необходимый пес груза. Так же производится балансировка второго конца ротора.

Однако на этом балансировка не может быть закон­чена. Дело в том, что навеска второго груза вызовет на­рушение балансировки первого уравновешенного конца ротора. Чтобы этого не произошло, необходимо подо­бранный при балансировке переднего конца ротора груз G₁ заменить двумя грузами M₁, и M₂. Груз М₁ следует установить на то место, где был установлен груз G₁ а груз M₂ — на диске противоположного конца ротора d точке, диаметрально противоположной месту установ­ки груза М₁ на переднем диске (если груз М₁ на перед­нем диске устанавливается в балансировочном отверстии № 8, то груз М₂ следует установить на заднем диске в диаметрально противоположном отверстии, т. е. в от­верстии № 4). Груз G₂, который был определен при ба­лансировке заднего конца ротора, устанавливается без изменения

Величины грузов Mi и М₂ определяются по форму­лам:

где r и R — радиусы балансировочных отверстий (рас­стояние от центра диска до центра балансировочного отверстия);

а — расстояние от переднего диска до середины пе­реднего подшипника;

b — расстояние от заднего диска до середины заднего подшипника;

n — расстояние от переднего подшипника до задне­го диска;

т — расстояние от переднего диска до заднего под­шипника.

После определения величины грузов и места их уста­новки необходимо изготовить постоянные грузы и ввер­нуть их на резьбе в балансировочные отверстия. Затем надо еще раз проверить поочередно балансировку обоих концов ротора.

Балансировка тяжелых роторов в условиях электро­станции производится на рабочих числах оборотов непо­средственно в собранной турбине. Вращение ротора при балансировке удобнее производить своим генератором, пускаемым в режиме синхронного электродвигателя. При вращении ротора турбины генератором цилиндры турби­ны остаются открытыми, что позволяет сравнительно быстро и удобно производить балансировку. В случаях, когда не представляется возможность вращать ротор турбины генератором, вращение ротора производят па­ром. Для ускорения работы по балансировке установка грузов в таких случаях производится через открываю­щиеся люки на крышках цилиндров.

Балансировка ротора па рабочих числах оборотов ведется по существу так же, как и на станке. Для опре­деления величины и места установки балансировочного груза производятся три пуска генератора до нормаль­ного числа оборотов.

Первый пуск производится без контрольного груза. При достижении нормального числа оборотов произво­дится измерение амплитуды вибрации подшипника ба­лансируемого конца ротора ?₁. После измерения ампли­туды вибрации ротор останавливают и устанавливают контрольный груз G₁ в произвольно выбранное баланси­ровочное отверстие 1. После этого ротор раскручивают до нормального числа оборотов и снова производят из­мерение амплитуды вибрации подшипника ?₂. После остановки ротора контрольный груз G₁ вывертывают и устанавливают в балансировочное отверстие 2, отстоя­щее от первого отверстия по окружности диска на угол 90° (против вращения ротора). Производится тре­ти пуск ротора и также измеряется амплитуда вибрации подшипника ?₃.

Определение места установки балансировочного груза производится с помощью графика, показанного на рис. 4-1. Из центра О проводится окружность радиу­сом R₁, равным в принятом масштабе амплитуде коле­бании подшипника при первом пуске ротора (без кон­трольного груза). Из точки 1 радиусом R₂, соответствую­щим амплитуде вибрации, измеренной при втором пуске, описывается дуга аа'. Из точки 2, отстоящей от точки 1 на угол 90° (против вращения ротора), радиусом R₃ соответствующим амплитуде вибрации при третьем пуске, описывается дуга bb'.

Прямая, проведенная из центра О через точку пере­сечения Р дуг на пересечении с окружностью, дает иско­мую точку 3 для установки уравновешивающего груза.

Величину уравновешивающего груза в можно найти по формуле

Аналогично определяют положене и величину урав­новешивающего груза для другого конца ротора. Место установки переходного груза и величину этого груза определяют так же, как и при балансировке ротора на станке.

Рассмотренные способы динамической балансировки роторов основаны на допущении, что амплитуда вибра­ции подшипников прямо пропорциональна неуравнове­шенным силам, а угол сдвига фазы между вектором вибрации и вектором неуравновешенной силы для ро­тора при данном числе оборотов есть величина постоян­ная, не зависящая от неуравновешенной силы. Это допу­щение приемлемо для жестких роторов, т. е. для рото­ров, у которых рабочее число оборотов составляет не более 70% первой (нижней) критической скорости. Для гибких роторов, критические скорости которых на­ходятся вблизи или ниже рабочей скорости вращения (имеются в виду роторы, у которых не только первая, но и вторая, а в некоторых случаях и третья критические скорости находятся ниже рабочей скорости вращения), указанное выше допущение не может быть положено в основу метода динамической балансировки.

При колебаниях гибких роторов, в отличие от жестких, эффект воздействия пробных грузов зависит от характера распределения неуравновешенных сил по длине ротора. Кроме того, характер колебаний гибких роторов зависит от податливости и массы опор, а форма упругой линии гибкого вала изменяется с изменением числа оборотов.

Вследствие влияния указанных факторов на характер колебаний гибких валов рассмотренные методы динами­ческой балансировки, применяемые к жестким роторам, не всегда приводят к желаемым результатам при ба­лансировке гибких роторов. В связи с этим Всесоюзным теплотехническим институтом имени Дзержинского со­ставлены руководящие указания для проведения работ по уравновешиванию гибких роторов турбоагрегатов тепловых электростанций на месте их установки.

Приемка ротора турбины после ремонта производится перед акрытием цилиндра. При приемке необходимо произвести тщательный осмотр ротора и его деталей, проверить записи состояния его до и после ремонта в ведомости объема работ, проверить формулярные записи и результаты определения вибрационных и резонансных характеристик ступеней облапачивания. Если производились какие-либо специальные работы, то необходимо проверить наличие и содержание актов по этим работам.