Небаланс вращающихся масс ротора является одним из самых наи¬более распространенных дефектов оборудования, обычно приводящим к резкому увеличению вибрации. В литературе и в практике, наряду с тер-мином "небаланс", применяются и другие наименования этого дефекта, такие, как дисбаланс, дебаланс, разбаланс и т.д. ГОСТом предлагается преимущественное использование термина "дисбаланс". В данном разделе будет использовано простое и понятное слово "небаланс", понятное всем, даже и неспециалистам.

Проблемы корректной диагностики наличия небалансов в рабо¬тающем оборудовании и оперативное проведение балансировочных работ роторов в собственных подшипниках - важная задача в работе каждой вибродиагностической службы. Достаточно часто вибродиагносты в штатном расписании даже называются «балансировщиками».

Причины возникновения небаланса в оборудовании могут иметь различную природу, являться следствием многих особенностей конструк-ции и эксплуатации. В целом, после проведения некоторой систематиза¬ции и обобщения, все многообразие причин появления небалансов можно, конечно условно, свести в несколько основных групп.

• Дефект изготовления вращающегося ротора или его элементов на заводе, на ремонтном предприятии, недостаточный выходной контроль предприятия - изготовителя оборудования, удары при перевозке, плохие условия хранения.
• Неправильная сборка оборудования при первичном монтаже или после выполненного ремонта.
• Наличие на вращающемся роторе изношенных, сломанных, дефектных, недостающих, недостаточно прочно закрепленных и т.д. деталей и узлов.
• Результат воздействия параметров технологических процессов и особенностей эксплуатации данного оборудования, приводящих к неравномерному нагреву и искривлению роторов.

По своему типу, специфике проявления в общей картине вибрации, по особенностям проведения диагностики, небалансы можно условно подразделить на: 

• Статический небаланс.
• Динамический небаланс.

Особенности проявления этих основных небалансов в вибросигналах и полученных на их основе спектрах, особенности проведения их диагностики будут рассмотрены в данной главе ниже, в отдельных подразделах. Основными, чаше всего встречающимися и знакомыми всем, при¬знаками наличия небалансов вращающихся масс роторов в оборудовании различных типов можно считать следующие:

а) Временной сигнал вибрации является достаточно простым, с достаточно малым количеством гармоник и шумов в области механических дефектов. В этом вибросигнале преобладает вибрация с периодом, соответствующим оборотной частоте вращения вала - оборотная частота ротора. Исключение составляют сигналы, в которых присутствуют, а иногда и преобладают, характерные частоты другой природы, например, электромагнитной или гидродинамической.

б) Амплитуда всех гармоник "механической природы" в спектре значительно меньше, не менее чем в 2-5 раз, амплитуды гармоники обо-ротной частоты ротора. Если производить сравнение по мощности, то не менее 60 % мощности вибросигнала сосредоточено в одной гармонике?

 в) Все вышеперечисленные особенности вибросигнала при небалансе и его спектра имеют место при регистрации вибрации во всех радиальных направлениях измерения вибрации - как в вертикальном, так и в поперечном направлениях. 

г) Очень часто полностью справедливо простое и понятное диагностическое правило о том, что "небаланс ходит по кругу". Отношение амплитуды первой гармоники в вертикальном направлении к аналогичной гармонике в вибросигнале поперечного направления находится в диапазоне примерно 0,7-1,2 и редко выходит за его границы. Исключение составляют подшипниковые опоры с сильно выраженной анизотропией. 

Обычно первая гармоника в вертикальном направлении равна, а чаще чуть меньше первой гармоники вибрации в поперечном направлении. Исключение составляют машины со специфическими конструктивными особенностями, такие, например, как турбогенераторы, у которых всегда вертикальная составляющая вибрации больше из-за неравномерной жесткости ротора, возникающей из-за особенности расположения продольных пазов в массивном неявнополюсном роторе. Отклонения от этого правила возникают так же при увеличенных боковых зазорах в подшипнике, при очень больших различиях в величине податливости подшипниковых стоек в вертикальном и поперечном направлениях. 

д) Уровень вибрации при небалансе в осевом направлении, чаще всего, меньше, чем уровень вибрации в радиальном направлении. Это правило не соблюдается при большой податливости опор в осевом направлении и (или) при наличии изгиба вала. При небалансе в вибрации осевого направления первая гармоника может быть и не преобладающей в ней могут присутствовать значительные гармоники других частот, например второй, третьей.

е) Обычно картина небаланса проявляется одновременно на двух подшипниках контролируемого на небаланс механизма. Только на одном из подшипников небаланс диагностируется достаточно редко, только в тех случаях, когда он полностью сосредоточен непосредственно в районе подшипника.

 ж) Если имеется возможность изменения частоты вращения ротора, то обычно хорошо видно, что, чаще всего, с ростом частоты вращения вибрация от небаланса интенсивно возрастает.

з) При отсутствии других дефектов состояния, при неизменной частоте вращения ротора, в классическом проявлении небаланса, вибрация от него практически не зависит от режима работы агрегата, не связана с его нагрузкой.

Особенности проявления небаланса в оборудовании и степень его влияния на состояние агрегатов на первый взгляд очень просты. Однако практика многократно подтверждает сложность и многогранность проявления небалансов в оборудовании. Она чем-то напоминает известную по¬говорку практических врачей - хирургов "Какая из всех операций самая простая - аппендицит. Какая операция самая сложная - тоже аппендицит". Все это можно в равной степени сказать и про небаланс.

Вибрация от небаланса, во многих случаях, является тем самым возбуждающим фактором, который приводит к "проявлению" в состоянии оборудования и в спектре зарегистрированной вибрации признаков раз-личных дефектов. Исчезновение или появление вибрации от небаланса приводит к появлению или исчезновению вибраций, вызываемых рядом других причин.

Поясним на примере. На благополучном фоне хорошо работающего агрегата вдруг резко повышается вибрация. Эксплуатационные службы приглашают специалистов по вибрации. Диагностика по спектрам вибросигналов говорит о целом "букете" дефектов в агрегате. Далее возможны два варианта развития событий.

1. Делается категорическое заключение по состоянию подшипников, центровки и т.д. В диагнозе о небалансе ротора говориться вскользь, как о дефекте, проявляющемся, но в малой степени. Основное мнение весьма категорично - в агрегате имеется несколько серьезных и развитых дефектов. Агрегат необходимо останавливать и проводить ремонтные работы.

2. При наличии большого практического опыта диагностом делается более глубокий анализ состояния агрегата. Например, первая оборотная гармоника в спектре вибросигнала есть следствие наличия небаланса, а маслянная гармоника обозначает наличие вибрации маслянного клина подшипника скольжения. В совокупности вибрация подшипника скольжения определяется двумя параметрами - увеличенным зазором в подшипнике и небольшим небалансом, возбуждающим эти вибрации. Следовательно эти вибрации агрегата, как от небаланса, так и маслянные, вызываются одной причиной - небалансом масс ротора. 

Диагностом принимается решение о проведении балансировки в собственных подшипниках. В результате устранения этого небольшого небаланса исчезает сила, возбуждающая колебания маслянного клина и вибрация обычно резко падает до нормального значения. Дефекты подшипников как были, так и остались, но они в вибрации не проявляются, нет возбуждающей силы.

Глубинное знание опытным диагностом физических процессов в оборудовании, пусть даже в некоторых случаях интуитивное, дает свои плоды, из которых можно выделить следующие:

• эксплуатационники имеют в своем распоряжении внешне благополучный агрегат, работающий в допустимом диапазоне уровня вибраций;
• рождается очередная легенда о незаменимом специалисте, умеющем "успокаивать" агрегаты непонятным образом (естественно, если этот специалист достаточно "скромен" и не горит желанием делиться своим опытом диагностики истинных причин снижения вибрации),
• менее опытный диагност, сделавший все правильно, давший полностью верное заключение, внешне "попадает впросак" - состояние агрегата улучшилось без устранения выявленных им дефектов (на самом деле большая часть выявленных им дефектов не исчезла и не была устранена, они просто перестали влиять на работу агрегата, точнее говоря перестали диагностироваться по спектрам вибросигналов).

Данный пример, в общем достаточно показательный и стандартный, приведен для демонстрации малой части проблем различного плана, возникающих при диагностике и устранении небалансов в оборудовании различного типа.

 Необходимо всегда хорошо понимать, что практическая задача диагностирования оборудования, состоит не в публичной демонстрации собственной эрудиции, а в проведении практических работ и выдаче рекомендаций по приведению оборудования в рабочее состояние. Иными словами говоря при проведении любой диагностики оборудования по вибро-параметрам нужно всегда очень четко понимать "социальный заказ" эксплуатационных служб, основная задача которых - эксплуатация оборудования при заданных значениях контролируемых вибропараметрах состояния. 

Необходимо сделать и замечание общего плана по итоговой эффективности проведенных вибродиагностом на агрегате балансировочных операций, Обычно "идеально отбалансировать" агрегат удается достаточно редко и это определяется квалификацией балансировщика и, образно говоря, удачей. Процесс балансировки оборудования можно считать практически законченным в том случае, когда мощность первой гармоники оборотной частоты ротора будет составлять менее половины от мощности всего вибросигнала.