После ремонта ротора генератора мощностью 35 МВт вибрация оборотной частоты оказалась стольсущественной, что было принято решение перед балансировкой на месте выполнить его балансировку на станке. Это решение (как позже выяснилось, ошибочное) привело к необходимости разбирать генератор и 
выводить ротор, что, как известно, связано с весьма существенными затратами.

После балансировки на станке вибрация еще больше возросла и достигла значений, при которых было недопустимо поднимать частоту вращения до номинальной - 3000 об/мин. С большим риском частоту вращения все-таки довели до 3000 об/мин и получили вибрацию с двойной амплитудой около 300 мкм.

Пришлось ротор в таком состоянии балансировать на месте.

А.С.Гольдин
 

Перед ремонтом турбоагрегат мощностью 250 МВт имел удовлетворительное состояние по оборотной вибрации. Основные работы в период ремонта были связаны с нормализацией тепловых перемещений турбины. Одновременно была выполнена профилактическая балансировка всех роторов турбины на низкочастотном балансировочном станке, хотя никаких работ на роторах не выполнялось. На один из роторов при балансировке были установлены весьма существенные грузы в торцевые плоскости коррекции массой 1900 г. с одной стороны и 1300 г. с другой, при этом кососимметричная составляющая этих грузов составила 1200 г.

При пуске машины из ремонта на подшипниках упомянутого ротора обнаружилась весьма существенная оборотная вибрация с двойной амплитудой до 80 мкм, которую доступными плоскостями коррекции устранить не удалось. Анализ показал, что наблюдаемая вибрация вполне соответствует дисбалансу установленных косоcимметричных балансировочных грузов.

 На одной из уральских электростанций членами моего производственного участка выполнялась балансировка ротора генератора средней мощности. Руководил балансировкой достаточно опытный специалист, вместе с которым работал новичок. После множества бесплодных балансировочных пусков к их компании присоединился и я.

При первом же пуске во время снятия АФЧХ при подъеме частоты вращения я обнаружил, что фаза вибрации имеет тенденцию к снижению, тогда как обычно ее изменения при росте частоты вращения должны иметь тенденцию роста. Я посмотрел на лимб градусной разметки для замера фазы по стробоскопу и увидел, что вопреки принятому у нас направлению лимб размечен против вращения. В связи с тем, что отсчет углов на роторе соответствовал нормальному направлению, балансировка не получалась. Устранение этой ошибки быстро привело к цели.

Главный вопрос в том, каким образом опытный специалист мог допустить такую примитивную ошибку. Этому способствовал целый ряд его упущений:

 На данном сайте приведена формула для определения массы пробного груза для случая, когда нет никаких сведений о балансируемом объекте. Смысл ее в том, что без риска можно установить на ротор дисбаланс, создающий эксцентриситет массы ротора менее амплитуды оборотной вибрации.

  Эту формулу предложил я. Ранее существовала формула, предписывавшая умножать полученную массу на квадрат отношения 3000/n, где n - скорость вращения, об/мин. Это приводило к тому, что для тихоходных агрегатов масса пробных грузов оказывалась сильно завышенной: для 750 об/мин в 16 раз.

Один из моих уважаемых коллег на заре своей вибрационной практики поставил на синхронный компенсатор с частотой вращения 750 об/мин соответственный чрезмерный пробный груз. В результате пуска возникла настолько интенсивная вибрация, что машина была практически разрушена, потребовался длительный и сложный восстановительный ремонт.

Меня пригласили разобраться с балансировкой на месте ротора привода насосного агрегата, которая продолжалась уже длительное время без видимых результатов. Было выполнено уже несколько десятков балансировочных пусков, благо доступ к плоскостям коррекции был свободным. 

Рассмотрев результаты проведенных пусков, я обратил внимание на то, что значения вибрации при всех пусках близки, а устанавливаемые балансировочные грузы по массе явно меньше дисбаланса. Балансировщик, проводивший работу, посчитал, что масштабы ротора и величина ранее установленных грузов позволяют ему использовать грузы массой не более 200 г, выше которой он и не поднимался.

Производя измерения, я попытался померить вибрацию на выбеге и обнаружил, что при прохождении резонанса прибор измерения амплитуды вибрации зашкалил, при этом был слышен резкий стук, связанный с задеваниями по железу ротора о статор.

Мне стало ясно, что дисбаланс намного превышает названные выше 200 г. В процессе балансировки, занявшей всего три пуска, было установлено грузов обшей массой около 2 кг.

В пятидесятых годах еще не нашли достаточного распространения представления о колебаниях гибких роторов и методах их балансировки. Вместо систем симметричных и кососимметричных грузов использовались отдельные грузы в торцевых плоскостях. Квалифицированные балансировщики знали, как балансировать гибкие роторы из собственной практики. Но неискушенные специалисты периодически наталкивались на непреодолимые трудности.

Первой в моей жизни балансировкой на месте оказалась балансировка небольшого электродвигателя с синхронной частотой вращения 3000 об/мин. Обычная конструкция со встроенными в шиты подшипниками качения делала штатные плоскости коррекции малодоступными. Возникло искушение обойтись установкой груза на муфту. Дисбаланс был явным настолько, что ротор становился под его воздействием в одно положение тяжелой точкой вниз. Я установил груз на муфту так, чтобы ротор был уравновешен статически, при этом, что вполне понятно, он стал противоположно дисбалансу внутри пролета.

Тогда меня очень удивило, что при пуске вибрация выросла почти вдвое: с 70 до 120 мкм. На рисунке представлены предполагаемое распределение дисбалансов и динамических прогибов.

Из приведенной схемы ясно, что дисбаланс на муфте, который компенсировал исходный статический дисбаланс, усилил прогиб ротора и соответственно вибрацию.

Гармонические колебания в разных точках некоторого объекта, в нашем случае - механизма, могут совпадать по частоте. Эти колебания являются синхронными. Синхронные колебания отличаются друг от друга амплитудой и фазой, их величины удобно рассматривать как комплексные, при этом амплитуда является модулем, а фаза - аргументом комплексной величины.

  Рассмотрим простейший случай, когда вибрирующая поверхность совершает гармонические (синусоидальные) колебания. Координата колеблющейся точки определяется уравнением:

 X = А sin (wt + ф ),

где А — амплитуда колебаний, измеряемая линейными единицами (мм, мкм); w - круговая частота колебаний (с-1); ф - начальная фаза колебаний в угловых единицах (градус, радиан). График гармонических колебаний представлен на рис.

Круговая частота колебаний определяется частотой колебаний: 

w = 2Пf

Вибрация представляет собой вид механического движения, при котором каждая из точек тела совершает периодически повторяющееся перемещение вблизи некоторого относительно неподвижного положения.

В технической литературе встречаются термины вибрация и механические колебания по существу это синонимы. Для механических колебаний с относительно высокой частотой обычно используется термин вибрация и всегда когда рассматриваются колебания роторных машин, в связи с этим мы будем использовать этот термин.