Одной из важнейших составляющих технологии виброналадки является центровка валов при монтаже агрегатов и в процессе их дальнейшей эксплуатации. Эксплуатационная центровка валов - это восстановление соосности валов, нарушающейся в процессе эксплуатации. Причинами эксплуатационной расцентровки агрегатов чаще всего бывает деформация фундаментных конструкций, в том числе сезонная, а также дефекты соединительных муфт, следствием - рост вибрации агрегата и в большинстве случаев - перегрузка подшипников и муфт.

При эксплуатации сложных агрегатов могут возникнуть и другие опасные изменения положения вращающихся узлов - нарушения параллельности осей вращения жестко связанных друг с другом валов, отклонения рабочих колес, шестерен, шкивов и т.д. от плоскости, перпендикулярной оси вращения вала. Такие нарушения геометрии влияют на вибрацию и могут быть обнаружены по соответствующим диагностическим признакам и параметрам. Но устранить их можно лишь путем выверки в процессе ремонта, поэтому необходимо после их обнаружения планировать соответствующие работы по выверке на ближайший ремонт.

В процессе эксплуатации, кроме центровки валов, без ремонта агрегата можно выполнить еще одну операцию виброналадки - выверку шкивов в ременной передаче. Однако опыт практической диагностики ременных передач по вибрации и току показывает, что основной вклад в вибрацию передачи дают погрешности изготовления шкивов и ремней, неточности их натяга и дефекты износа, поэтому требуемая в этих условиях точность выверки шкивов может достигаться с использованием простейших средств геометрических измерений. В связи с изложенным, ниже рассматриваются только наиболее важные для виброналадки агрегатов в процессе эксплуатации вопросы центровки их валов, соединяемых в одну линию с помощью муфт.

Общие вопросы центровки валов

Геометрические оси двух валов, имеющих собственные опоры вращения и связанных между собой соединительной муфтой, могут не совпадать, т.е. иметь несоосность. Несоосность может быть параллельной, угловой и смешанной, как это показано на рис.13.1.

Рис.13.1. Виды несоосности соединяемых муфтой валов. а- параллельная несоосность, б- угловая несоосность, в- смешанная несоосность, разделяемая на две компоненты.

Количественно параллельная несоосность измеряется в мм, угловая - также в мм, но приведенных к длине вала в 100мм, смешанная делится на параллельную и угловую.

Существует два основных метода измерения несоосности валов, а именно, радиально-осевой и метод обратных индикаторов, принцип действия которых показан на рис 12.2. Измеряются максимальное смещение контрольной точки на одном валу относительно контрольной точки на другом валу до и после разворота обоих валов на 180 угловых градуса. Измерения проводятся дважды - при развороте валов на 180 градусов вертикальном и горизонтальном направлениях. При проведении измерений контрольные точки выбираются из числа удаленных от оси вала, например, на внешнем радиусе полумуфты или, при использовании лазеров, на специальной штанге, закрепляемой на вал и регулируемой по высоте.

Рис.13.2. Радиально осевой метод определения несоосности валов с измерением радиального и осевого смещения одного из валов и метод взаимных индикаторов с измерением радиального смещения двух валов.

Более точным является второй метод, так как исключает возможную ошибку в определении осевого смещения из-за осевого «люфта» вала в подшипниках при разомкнутых полумуфтах или наличии свободного «осевого хода» связанных полумуфт в некоторых типах агрегатов. От одного из четырех измерений, проводимых при определении несоосности валов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, можно отказаться, да и разворот валов точно на 180 градусов не всегда обязателен, необходимо только точно его измерять. Поэтому современные средства измерения расцентровки допускают проведение трех измерений с разворотом валов после каждого измерения в зависимости от используемых средств измерения угла разворота либо на 90 угловых градуса, либо на любой контролируемый угол от 20 до 90градусов.

Измерение расстояния между точками крепления индикаторов к каждому из валов, расстояния от муфты до ближайшей плоскости опор машины, перемещаемой при центровке, и расстояния между плоскостями опор этой машины, позволяет рассчитать необходимые для центровки валов перемещения ее опор. Для перемещения в вертикальном направлении используются прокладки между лапами машины и рамой в месте ее крепления, в горизонтальном направлении величина перемещения контролируется простейшими средствами геометрических измерений.

В процессе проведения работ по центровке роторов агрегатов необходимо проверить правильность крепления неподвижной и подвижной машин агрегата и устранить люфт прилегания опор к раме, часто называемый «мягкой лапой».

После закрепления подвижной машины в новом положении производится контрольное измерение расцентровки валов.

Подготовка специалистов по центровке валов в процессе эксплуатации

Минимальный срок подготовки - 18 часов, 3 уровня подготовки с практическим освоением методов и средств центровки валов, дополняемым освоением средств балансировки роторов, а также методов обнаружения динамической расцентровки валов и выявления причин автоколебаний ротора в подшипниках скольжения.

• начальный, с изучением средств лазерной центровки валов и особенностей обнаружения динамической расцентровки роторов по вибрации агрегата и току приводного электродвигателя,
• расширенный с совместным освоением средств и программ центровки валов и простейшей балансировки роторов, а также методов поиска и устранения причин возникновения автоколебаний ротора,
• полный, с дополнительным изучением особенностей балансировки на нестабильных частотах вращения ротора, экспертной диагностики и путей устранения причин ограничений на балансировку и центровку роторов.

Индивидуальные консультации по методам, приборам и программам центровки валов, балансировки связанных муфтами роторов, экспертной диагностики причин возникающих ограничений на достигаемую эффективность центровки и балансировки.

Особенности центровки валов

Центровка валов в собственных опорах вращения может проводиться двумя практическими способами, используемыми на разных этапах эксплуатации агрегатов.

Первый - центровка с разомкнутой соединительной муфтой, этот способ обычно используется на этапе первичной наладки агрегатов после ремонта или монтажа на месте эксплуатации, при больших начальных расцентровках валов. При разомкнутой муфте положение геометрической оси каждого вала определяется пространственным положением его опор вращения. Соответственно, результатом центровки валов фактически является обеспечение соосности опор вращения с точностью, определяемой разностью зазоров в его подшипниках. Дополнительную погрешность в определении несоосности опор по несоосности валов с разомкнутой муфтой дает начальная кривизна каждого вала, а также и его статический прогиб в горизонтальных машинах или полная величина зазора подшипника в вертикальных машинах.

При затягивании даже упругой соединительной муфты несоосность валов может изменяться, так как при несовпадении осей валов в месте соединения полумуфт на валы начинает действовать центрирующая оси сила, перераспределяющая, а иногда и многократно увеличивающая статические нагрузки на опоры вращения и смещающая ось вращения вала в опорах. При вращении ротора указанное перераспределение статической нагрузки на опоры вращения и соединительную муфту сохраняется, что достаточно часто приводит к появлению автоколебаний ротора в подшипниках скольжения.

После предварительной центровки не имеющих начальной кривизны валов с разомкнутой муфтой опоры вращения ложатся на одну ось, но затягивание неточно изготовленных полумуфт искривляет форму линии вала, что также приводит к перераспределению нагрузок на опоры вращения и смещению осей каждого из валов, т.е. к их расцентровке. Различие нагрузок на опоры вращения и муфты при несоосности опор и искривлении линии вала в том, что вторая зависит от угла поворота соединенных муфтой валов, и эта нагрузка вращается вместе с валами. Вращающаяся, т.е. динамическая нагрузка на ротор агрегата оказывает разрушающее воздействие на подшипники и муфту, резко сокращая их ресурс.

Центровка валов агрегатов в процессе эксплуатации выполняется, как правило, с затянутой муфтой, и ее практически достижимая цель - поиск компромисса между несоосностью опор вращения и искривлением линии вала из-за первичной кривизны валов и дефектов муфты. Компромиссным решением обычно является достижение минимальной расцентровки валов без учета влияния остаточного искривления линии вала на динамические силы и вибрацию агрегата. Но это решение не гарантирует отсутствия в агрегате колебательных сил на частоте вращения ротора, которые определяются кривизной вала и не снижаются в процессе балансировки агрегата на месте эксплуатации. Поэтому для снижения вибрации агрегата на частоте вращения ротора, сохраняющейся даже после балансировки, приходится либо менять соединительную муфту, либо подбирать угол смещения одной полумуфты относительно другой, совместно минимизируя несоосность валов и величину вибрации агрегата.

То, что измеряемая несоосность валов при затянутой муфте не является показателем отсутствия, как несоосности опор вращения, так и искривления линии вала, подтверждает наличие в некоторых агрегатах после успешной центровки значительных пульсирующих с частотой вращения вала моментов сил. На практике они обнаруживаются как силы, препятствующие повороту валов во время контрольного измерения несоосности роторов, когда вал «застревает» при определенном угле поворота.

Следует также отметить, что искривление линии вала может также возникать из-за смещения полумуфт под действием передаваемого через муфту рабочего момента сил, чаще всего в зубцовых муфтах. Возможна еще одна причина искривления линии вала - несовпадение осей передачи момента сил в полумуфтах. Чаще всего такое несовпадение наблюдается в упругих пластинчатых муфтах, что и является основной причиной часто встречающихся автоколебаний ротора в высокооборотных агрегатах с подшипниками скольжения и пластинчатой муфтой.

Таким образом, расцентровку валов в опорах вращения эксплуатируемого агрегата можно разделить на две части - статическую и динамическую, причем вторая проявляется при вращении роторов. Первая определяется несоосностью опор вращения и устраняется путем центровки валов с разъединенной муфтой, но необходим учет дополнительной несоосности опор из-за их теплового смещения при прогреве опор вращения, из-за разной толщины смазочного слоя и из-за разного износа вкладышей в подшипниках скольжения. Вторая определяется начальной кривизной валов, качеством изготовления и износом соединительных муфт, а также разбросом жесткостей упругих элементов муфты и устраняется, как правило, путем замены муфты, подбора жесткостей упругих вкладышей или подбора угла разворота полумуфт друг относительно друга.

Статическая расцентровка обнаруживается и оценивается достаточно просто - по измерениям несоосности валов с разомкнутой муфтой. Обнаружение и оценка динамической расцентровки производится по косвенным признакам. Таких признаков несколько, но каждый из них имеет ограниченную достоверность. Так, на остановленном агрегате обнаружить динамическую расцентровку можно:

• путем сравнения результатов измерения несосности валов до и после размыкания муфты, они не должны различаться больше, чем на тройную ошибку измерения,
• путем сравнения результатов измерения несосности валов с затянутой муфтой при разных начальных углах поворота ротора, они также не должны различаться больше, чем на тройную ошибку измерения,
• путем измерения момента сил, требуемого на проворот ротора остановленного агрегата при разных начальных угловых положениях ротора, он не должен различаться больше, чем в три раза,

При работающем агрегате признаками динамической несоосности валов, соединяемых муфтой, могут быть:

• высокий уровень вибрации, по крайней мере, двух из четырех опор вращения агрегата на кратных (2-5) гармониках частоты вращения ротора, которые по виброскорости превышают треть от уровня первой гармоники (рис. 13.3.), если первая превышает норму, или треть от нормы. При этом следует исключить из рассмотрения те гармоники, которые могут расти по другим причинам или из-за других дефектов, например, гармонику с частотой 100Гц в электрических машинах переменного тока,
• появление в силовом токе одной их фаз приводного электродвигателя модуляции тока частотой вращения ротора с амплитудой боковой гармоники тока более чем на 1-2% (рис.13.4)
• появление в спектре огибающей случайной вибрации подшипников от сил трения по крайней мере трех опор вращения из четырех признаков сильного боя вала (рис.13.5.).

Рис.13.3.Спектры виброскорости опор вращения агрегата с двух сторон муфты при расцентровке валов, измеренные в радиальном направлении.

Рис.13..4. Спектр тока электродвигателя агрегата с динамической расцентровкой роторов.

Рис.13.5. Спектр огибающей высокочастотной вибрации опор вращения агрегата с динамической расцентровкой роторов, наблюдается одновременно на нескольких опорах вращения

Автоколебания ротора в подшипниках скольжения

Автоколебания ротора в подшипниках возникают в узлах вращения с большими флуктуациями сил трения, сравнимыми со статической нагрузкой на подшипник, и при увеличенных зазорах в подшипнике. Как правило, такая ситуация складывается в роторах с высокими скоростями вращения и мало нагруженными подшипниками скольжения, особенно при появлении дополнительных пульсирующих моментов, в том числе и периодических. Автоколебания роторов на докритических частотах вращения в подшипниках с масляными ваннами чаще всего происходят на частоте в одну вторую от частоты вращения ротора, автоколебания роторов на закритических частотах вращения (с неразрывным масляным слоем) - на частоте чуть меньше половины оборотной частоты и/или на частоте резонанса ротора в подшипниках. Исключение составляют насосные агрегаты, где в формировании автоколебаний участвуют и гидродинамические силы в потоке перекачиваемой жидкости, поэтому частота автоколебаний может быть существенно ниже.

В основную совокупность причин автоколебаний (при отсутствии ошибок в конструктивном исполнении агрегата) следует внести:

• перераспределение статической нагрузки на опоры вращения агрегата из-за расцентровки опор вращения,
• динамические перемещения оси вращения вала с принудительным изменением толщины смазочного слоя (или точки формирования масляного клина) из-за динамической расцентровки валов, неуравновешенности ротора, и других сил,
• повышенная турбулентность потока смазки из-за изменений ее вязкости, загрязнения смазки, неровностей поверхностей трения в зоне нагружения, и других причин,

Соответственно, начинать работы по устранению автоколебаний роторов в эксплуатируемых агрегатах рекомендуется с устранения статической и динамической расцентровок валов, в том числе с ремонтом или заменой соединительных муфт и последующей балансировкой ротора на месте. Если центровкой и последующей балансировкой автоколебания не убрать, можно рекомендовать контроль параметров смазки и каналов ее подачи в подшипники с наиболее характерными признаками автоколебаний. Если и эти работы не дают результата, рекомендуется проводить регламентные работы по восстановлению величины и равномерности зазора в соответствующем подшипнике, в зоне его нагружения, в том числе с заменой вкладышей.

«Прочитали в февральском номере журнала «За рулем» за этот год, что в мастерской г. Каунаса ремонтируют коленчатые валы мотоциклов «Ява» заменой шатуна. Расскажите, пожалуйста, как проверяют после этого центровку вала. От группы «явистов» — П. Русанов, г. Ставрополь».

«При ремонте двигателя мотоцикла ИЖ Планета уронил коленчатый вал. Как восстановить теперь его центровку! — К. Пусков, г. Вышний Волочек».

Соосность, цапф коленчатого вала (и коренной шейки в трехопорных валах) — обязательное условие нормальной работы двигателя. Чем больше их несоосность, тем сильнее вибрация двигателя, выше механические потери и меньше срок службы коренных подшипников коленчатого вала (внутренние их кольца перекашиваются и защемляют шарики или ролики). Иногда страдают даже посадочные гнезда в картере. Коленчатые валы отечественных мотоциклов (кроме «Днепра»), а также «Явы» и «Паннонии» выполнены составными (рис. 1). Их цапфы и шейки (пальцы) соединены со щеками (маховиками) посредством прессовой посадки — диаметр отверстия при этом меньше диаметра пальца или цапфы. В коленчатых валах двухцилиндровых ижевских двигателей мотоциклов ИЖ Юпитер, ИЖ Юпитер 2 цапфы после сборки приварены к щекам.

Чтобы обеспечить соосность (в пределах до 0,01 мм), на заводе цапфы шлифуют уже на собранном коленчатом валу. Вследствие этого наружная (шлифуемая) часть цапфы становится эксцентричной по отношению к запрессованному концу; при ремонте вала замена цапфы без последующей шлифовки невозможна.

Необходимость проверить соосность коленчатого вала возникает обычно после его ремонта, разборки двигателя без соответствующих приспособлений (исключающих деформацию вала) и в других подобных случаях.

Ремонт коленчатого вала, связанный с заменой шатунных подшипников, предусмотрен только на мотоциклах «Ява». Для них завод выпускает специальный комплект: шатун в сборе с роликовым подшипником и пальцем. Методика этой работы подробно изложена в книге «Ремонт мотоциклов «Ява» (А. К. Михеев и Б. В. Синельников, «Машиностроение», 1971).

Соосность цапф (и коренной средней шейки) вала определяют по биению их посадочных поверхностей при вращении вала в поверочных центрах или центрах токарного станка (рис. 2). Величину биения — она- вдвое больше величины несоосности — измеряют закрепленным на стойке индикатором часового типа с ценой деления 0,002—0,01 мм.

В домашних условиях, при отсутствии таких центров соосность вала с достаточной точностью можно определить на ровной поверхности стола или стекла. На цапфы надевают коренные подшипники так, как они располагаются в двигателе. Если внутренние кольца их садятся со значительным натягом (например, у мотоциклов Ява), лучше воспользоваться другими, технологическими подшипниками, даже изношенными, внутреннее отверстие которых шлифуют (хотя бы шкуркой) для более легкой их установки. В противном случае можно повредить вал при монтаже и снятии подшипников.

Далее кладут вал на М-образные подставки, деревянные или металлические, устойчиво закрепленные на столе (рис. 3). К концам вала подводят индикаторы (в крайнем случае можно работать одним) и, вращая вал, определяют на одинаковом расстоянии от подшипников наивысшие и низшие точки цапф, отмечая их соответственно знаками «+ » и « — ».

Поворачивают вал так, чтобы ось шатунного пальца располагалась горизонтально в одной плоскости с цапфами. Наивысшие (или низшие) точки должны находиться при этом примерно в одной плоскости. Если это условие нарушено, значит, щеки развернуты одна относительно другой на шатунном пальце (рис. 4). Ударами молотка по выступающей щеке поворачивают ее в сторону другой щеки до совмещения их в одной плоскости. Добившись этого, вновь определяют места наибольших отклонений цапф и ставят вал так, чтобы шатунный палец находился вверху. Если при этом обе точки «+» окажутся вверху (рис. 5), щеки нужно сжать с противоположной пальцу стороны молотком или струбциной, а если внизу (рис. 6), — наоборот, раздвинуть щеки рычагом. Постепенно меняя их положение, добиваются минимального биения цапф. Допустимой считается величина до 0,03 мм.

Иногда места наибольших отклонений цапф располагаются по обе стороны от оси вала. Это значит, что цапфы отстоят на разных расстояниях от шатунного пальца. Биение, вызываемое этим обстоятельством, устранить правной вала невозможно. Если оно превышает 0,05 мм, вал следует заменить.

Центровку коленчатого вала двигателя Ява 350, имеющего среднюю коренную шейку, проводят аналогичным образом. Сначала добиваются соосности одной цапфы со средней шейкой, а затем другой.

Б. СИНЕЛЬНИКОВ, инженер

Центровка насосов

Введение

До начала монтажных работ должны быть закончены строительные работы по зданию (сооружению), фундаментам и каналам.

Насосные агрегаты, поступающие на место монтажа в сборе с заглушенными и опломбированными патрубками, промываются для снятия консервирующей смазки и проверки состояния шеек валов, подшипников и сальников

Монтаж и центровка горизонтальных насосных агрегатов. Монтаж центробежных горизонтальных насосов начинают с установки плит или рам на фундамент и выверки их в плане, по высоте и горизонтали.Допускаются отклонения плиты (рамы) в плане и по высоте до 10 мм, а по горизонтали до 0,1 мм на 1 м длины плиты. Узлы насосных агрегатов устанавливают на общей раме или на отдельных рамах (рис.1 и 2).

Рис.1. Установка насосных агрегатов на общей фундаментной раме

1 - насос;

2 - электродвигатель.

Фундаментные рамы устанавливают на прокладки и крепят к фундаменту с помощью глухих или анкерных болтов. Прокладки помещают по обе стороны каждого болта и по всему периметру рамы через 300-1000 мм в зависимости от ее жесткости. Число прокладок по высоте не должно превышать пяти, включая тонколистовые, применяемые для окончательной выверки. После подливки рамы бетоном и затвердевания его до проектной прочности выполняют затяжку болтов. Окончательная центровка агрегата производится с помощью прокладок,помещенных между опорной поверхностью рамы и лапами двигателя. Установка прокладок под опорные поверхности гидромуфт и редукторов, а также под опорные поверхности насоса в агрегатах без гидромуфт и редукторов не разрешается и допускается только при наличии указаний завода-изготовителя. Плотность прилегания поверхностей прокладок друг к другу, а также к опорным поверхностям фундаментных рам (плит) и установленному на них оборудованию, проверяется щупом. Щуп толщиной 0,05 мм не должен входить в стык сопряженных поверхностей.

Рис.2. Установка насосных агрегатов на раздельных фундаментных рамах

1 - насос;

2 - электродвигатель.

Если горизонтальный насосный агрегат поступает на монтаж отдельными узлами,то в агрегатах без редуктора электродвигатель прицентровывают к выверенному и закрепленному на раме насосу, а в агрегатах с редуктором насос и электродвигатель - к выверенному и закрепленному редуктору. В агрегатах с трубопроводом насос прицентровывается к закрепленному трубопроводу, а в агрегатах с гидромуфтой редуктор, насос и электродвигатель - к выверенной и закрепленной гидромуфте.

При центровке насосных агрегатов с клиноременной передачей следят за тем,чтобы оси валов электродвигателя и насоса были параллельны, а канавки шкивов - расположены без смещения относительно друг друга.

Насосные агрегаты горизонтального исполнения на общей фундаментной плите-раме или на раздельных плитах-рамах перед подливкой бетонной смесью выверяют по высотным отметкам относительно репера или насечки по высоте, а также проверяют положение насосного агрегата по осям в плане и в горизонтальной плоскости. Для этого натягивают горизонтально-продольные и поперечные струны (рис.3). На струны подвешивают отвесы так, чтобы они совпали с соответствующими насечками, нанесенными на фундамент. На натянутые и закрепленные продольные струны каждого насоса или группы подвешивают отвесы таким образом,чтобы один отвес совпал с центром всасывающего патрубка насоса и насечкой,нанесенной на фундамент. Второй отвес должен совпасть с осью электродвигателя и насечкой. Поперечную струну необходимо натягивать, если одновременно устанавливают два или несколько насосов в одном ряду.При этом отвесы, опущенные с натянутой струны, должны совпасть с центрами нагнетательных патрубков (см. рис.3). При монтаже насосов, работающих на горячих жидкостях, обязательно проверяют зазор в продольных шпонках и зазор между дистанционной втулкой и отверстиями в лапах насоса. Они должны соответствовать зазорам, указанным в паспорте насоса.

Рис.3. Натяжение струны для проверки установки насосов

1 - насос;

2 - отвес;

3 - струна;

4 - плита;

5 - фундамент;

6 - насечка осевая;

7 - электродвигатель.

При монтаже насосного агрегата, имеющего раздельные опорные рамы или плиты,следует особое внимание обращать на зазор между торцами полумуфт, который всегда указывается в чертеже.

Для обеспечения надежной и безотказной работы насосного оборудования, необходимо перед пуском насосного оборудования обязательно необходимо контролировать и производить центровку насосов. Валы насоса и двигателя должны быть установлены соосно, т.е. оси вращения лежать на одной линии в двух плоскостях (горизонтальной и вертикальной) в процессе работы оборудования. Центрование насоса - это, процесс, призванный обеспечить совпадение центров (соосности) валов насоса и двигателя .

При производстве оборудования достаточно тяжело выдержать точность, которая позволила бы при сборке не производить центровку насосов. Поэтому при установке оборудования на раму, требуется произвести центровку насосов и электродвигателей. При поставке собранного оборудования данная процедура ложиться на плечи завода изготовителя. Однако, к сожалению, часто получаем насосы не отцентрованные (центровка может быть нарушена при транспортировании оборудования а также при деформации тонкостенной фундаментной плиты в результате старения металла или при неравномерном прилегании ее к фундаменту) с завовдов-производителей, поэтому работы по центровке насосов с двигателями часто выполняются с использованием подручных средств или на глаз.

Существует два типа несоосности угловая и параллельная, как правило если нарушена центровка оборудования, то присутствуют одновременно сразу два типа несоосности и если значения превышают заданные предел, то данные типы могут послужить причиной появления повышенного шума, вибрации, возрастания потребления электроэнергии, чрезмерная нагрузка на подшипниковый узел, соответственно это приведет к повышению температуры последних и как следствие, сокращения срока службы оборудования

Поэтому для безопасной и безотказной работы насосного оборудования, очень важно проверять качество центровке насосов и двигателей после установки перед запуском и в случаи необходимости произвести работы по центровке согласно допусков.

Схема нарушения соосности валов приведена на рис. 1. В первом случае оси вала смещены в горизонтальной или вертикальной плоскостях, оставаясь при этом параллельными, во втором - они скрещиваются. В обоих случаях, если отклонения превышают определенные величины, агрегат работает ненормально: появляется шум, вибрация, возрастает потребляемая мощность, греются подшипники и муфта. Детали насоса и электродвигателя при такой работе изнашиваются в несколько раз быстрее обычного.

Рис. 1. Схема нарушения соосности валов.

Допустимые отклонения в несоосности валов (табл. 1) зависят от их быстроходности и массы вращающихся деталей. Чем выше стоимость агрегата, тем более жесткие требования предъявляются к соосности валов.

Таблица 1. Допустимые величины перекоса и параллельного смещения осей валов
при диаметре муфты 500 мм (СНиП III-Г. 10.3-69)

При центровке агрегатов необходимо соблюдать следующие основные положения: в агрегатах с редуктором диктующим агрегатом является редуктор, который устанавливают, выверяют и фиксируют штифтами; насос, электродвигатель и гидромуфту центруют по редуктору; в агрегатах с гидромуфтой насос и электродвигатель центруют по гидромуфте, предварительно выверенной, закрепленной и зафиксированной; в агрегатах без редуктора центровку выполняют по насосу, который предварительно выверяют, крепят и фиксируют; центровку агрегата, не имеющего общей плиты, выполняют в два этапа: предварительно - перед заливкой фундаментных болтов и окончательно - после закрепления насоса к фундаменту; центровку агрегата, имеющего общую фундаментную плиту, производят после ее выверки, подливки и затяжки фундаментных болтов. Окончательно валы насосного агрегата центруют после присоединения к нему трубопроводов.

Рис. 2. Центровка валов насоса и электродвигателя:
а - с помощью индикаторов; б - с помощью двух пар скоб и щупа;
1- полумуфта; 2 - скоба; 3 - индикатор; 4 - щуп.

Известно несколько способов контроля соосности валов .

Центровка валов при помощи одной пары радиально-осевых скоб

Конструкция радиально-осевых скоб и их крепление показаны на рисунке 1.

Наружную скобу 1 закрепляют на полумуфте 2 установленной машины, а внутреннюю скобу 3 – на полумуфте 4 машины, которая должна быть соединена с установленной. Скобы крепят при помощи хомутов 5 и болтов 6 . В процессе центровки измеряют боковые зазоры a и угловые зазоры b при помощи щупов, индикаторов или микрометров. В двух последних случаях индикатор или микрометрическую головку устанавливают на место болтов 7 и 8 .

Перед началом измерения полумуфты должны быть разъединены, а валы раздвинуты с тем, чтобы скобы и полумуфты при вращении валов не прикасались. Для большей точности измерений при помощи болтов устанавливают минимальные зазоры a и b .

Независимо от способа проверки соосности валов зазоры между плоскостями полумуфт или между остриями радиально-осевой скобы измеряют щупом таким образом, чтобы пластинки щупа входили в зазор с ощутимым трением и на глубину не менее 2/3 своей длины (практически до 20 мм). Ввиду того что при замерах щупом неизбежны погрешности, величина которых зависит от опытности исполнителя, результаты измерений следует контролировать. При правильных замерах сумма числовых значений четных замеров равняется сумме числовых значений нечетных замеров, то есть

a 1 + a 3 = a 2 + a 4 и b 1 + b 3 = b 2 + b 4 .

В противном случае, не изменяя положения полумуфт, измерения следует повторить более тщательно.

На рисунке 2 показаны четыре взаимных положения валов машин.

Рисунок 2. Взаимные положения валов машин

В положении А валы расположены на одной прямой, и центры их совпадают. Очевидно, что при одновременном проворачивании валов зазоры a и b должны оставаться неизменными.

В положении Б валы параллельны один другому, но между ними есть сдвиг. При проворачивании валов угловые зазоры b остаются неизменными, а боковые зазоры a изменяются.

В положении В центры валов совпадают, но оси их расположены под углом. В этом случае при проворачивании валов меняются величины угловых зазоров b , а боковые зазоры сохраняются.

Наконец, в положении Г центры валов сдвинуты и оси их расположены под углом. При проворачивании валов будут изменяться величины как угловых b , так и боковых зазоровa .

Первое измерение зазоров a 1 и b 1 производят, когда скобы находятся в верхнем положении. Затем валы проворачивают на 90° в направлении вращения приводного механизма или генератора и снова замеряют зазоры a 2 и b 2 при совпадении рисок на валах. Всего делают четыре замера при каждом повороте валов на 90°. Пятый замер выполняют как контрольный, когда скобы снова приходят в верхнее положение. Величина зазоров в первом и пятом положениях скоб должны совпадать.

Действительной величиной зазоров a иb в данной точке будет полусумма соответствующих зазоров, измеренных при двух замерах в этой точке

Соосность валов контролируют лазерными системами

При проведении работ по центровке, специалисту необходимо принять во внимание множество факторов, влияющих на условия эксплуатации насосов. Это осевой зазор в муфте, деформация корпуса, установка подшипников (если подшипники менялись), плоскостность базы, тепловые расширения, изгиб валов, натяжение трубной обвязки и прогиба выносных элементов измерительной системы. В полномочия специалиста по центровке входит определение влияния этих факторов и проведение соответствующих корректировок.

Вибрация не должна использоваться как критерий качества центровки, несмотря на то, что задачей центровки является ее снижение. Оценивать центровку необходимо в статике с помощью измерительных инструментов, закрепленных на валах, используя «Допустимые пределы центровки». Другие причины могут вызвать вибрацию, такие как резонанс конструкции или дисбаланс. Поэтому нельзя использовать повышенную вибрацию как единственный признак расцентровки. Но если работающий насос не вызывает вибрации, то, очевидно, что центровка удовлетворительна и ее можно принять.

Шум и повышенная температура подшипника могут быть связаны с расцентровкой, но эти симптомы также могут указывать на другие проблемы. Применять наличие шума и повышенной температуры у подшипника в качестве единственных признаков плохой центровки недопустимо.

Эти рассуждения не мешают специалисту остаться у машины при запуске и для своего удовлетворения понаблюдать за ее рабочим состоянием. Не запрещается также для достижения более мягкой работы машины, с помощью средств виброконтроля в качестве обратной связи, проводить центровку работающего агрегата.

Выбор измерительных систем и методов - дело специалиста. Основные варианты - стрелочные индикаторы или лазеры. Основное требование для любой системы центровки валов - повторяемость измерений. Это оценивается тестом на повторяемость показаний при круговом повороте. Этот тест - хороший способ оценки крепежа системы при принятии решения о ее закупке. В основном, измерительная система, которая не возвращается в ноль (с допуском 0,05 мм) после вращения на 360О, должна быть отвергнута.

Для обеспечения надежной и долговечной работы насосного агрегата валы насоса и электродвигателя должны быть установлены соосно, т. е. в пространстве их оси должны лежать на одной прямой. При изготовлении деталей насоса и электродвигателя весьма затруднительно выдержать размеры с точностью, которая обеспечила бы соосность при агрегировании. Поэтому при установке насоса и электродвигателя на общей плите их валы центруют, т. е. регулируют с помощью прокладок.

При поставке агрегированных насосов эту работу выполняет завод-изготовитель. Однако центровка агрегата может нарушиться при транспортировке, а также при деформации тонкостенной фундаментной плиты в результате старения металла или при неравномерном прилегании ее к фундаменту. Схема нарушения соосности валов приведена на рис. 1. В первом случае оси вала смещены в горизонтальной или вертикальной плоскостях, оставаясь при этом параллельными, во втором — они скрещиваются. В обоих случаях, если отклонения превышают определенные величины, агрегат работает ненормально: появляется шум, вибрация, возрастает потребляемая мощность, греются подшипники и муфта. Детали насоса и электродвигателя при такой работе изнашиваются в несколько раз быстрее обычного.

Рис. 1. Схема нарушения соосности валов.

Допустимые отклонения в несоосности валов (табл. 1) зависят от их быстроходности и массы вращающихся деталей. Чем выше стоимость агрегата, тем более жесткие требования предъявляются к соосности валов.

Таблица 1. Допустимые величины перекоса и параллельного смещения осей валов
при диаметре муфты 500 мм (СНиП III-Г. 10.3—69)

При центровке агрегатов необходимо соблюдать следующие основные положения: в агрегатах с редуктором диктующим агрегатом является редуктор, который устанавливают, выверяют и фиксируют штифтами; насос, электродвигатель и гидромуфту центруют по редуктору; в агрегатах с гидромуфтой насос и электродвигатель центруют по гидромуфте, предварительно выверенной, закрепленной и зафиксированной; в агрегатах без редуктора центровку выполняют по насосу, который предварительно выверяют, крепят и фиксируют; центровку агрегата, не имеющего общей плиты, выполняют в два этапа: предварительно — перед заливкой фундаментных болтов и окончательно — после закрепления насоса к фундаменту; центровку агрегата, имеющего общую фундаментную плиту, производят после ее выверки, подливки и затяжки фундаментных болтов. Окончательно валы насосного агрегата центруют после присоединения к нему трубопроводов.

Рис. 2. Центровка валов насоса и электродвигателя:
а — с помощью индикаторов; б — с помощью двух пар скоб и щупа;
1— полумуфта; 2 — скоба; 3 — индикатор; 4 — щуп.

Известно несколько способов контроля соосности валов. Наиболее распространенным является центровка с помощью скоб закрепленных на полумуфтах центруемых валов (рис. 2). Соосность контролируют индикатором. В других конструкциях вместо индикатора применяют болты с заостренными и закругленными концами; зазоры измеряют щупом. Для сокращения времени на центровку валов применяют две пары скоб, располагаемых диаметрально на полумуфтах. Варианты крепления их к полумуфтам показаны на рис. 3.

Рис. 3. Способы крепления скоб к полумуфтам:
1 — полумуфта; 2 — скоба.

В процессе центровки муфту со вставленными пальцами поворачивают и устанавливают поочередно на угол 90, 180, 270 и 360° (при двух парах скоб достаточно проверить зазоры при углах 90 и 180°). При этом отмечают разность показаний индикатора (или разность зазоров). Для достижения соосности электродвигатель (насос, гидромуфту) перемещают в необходимом направлении. Вертикальное перемещение производят за счет подкладывания под лапы металлических пластин, которые следует выбирать такой толщины, чтобы общее количество их не превышало трех. При большем количестве крепление теряет жесткость.

Говорят, что валы сосны (коллинеарны), когда их центры вращения лежат на одной линии.

Рис.1.2 Соосность

1.3. Несоосность

Валы несоосны, если их центры вращения не лежат на одной линии во время работы машины.

Рис.1.3 Несоосность

1.4. Стационарные и подвижные машины

Когда центруют две машины, одну из них определяют как стационарную, а вторую – как подвижную. Обычно, приводные машины (например: насос) считаются стационарными, а приводы – подвижными (например: электродвигатели). Поэтому центровка выражается в определении положения подвижной машины относительно стационарной. В валопроводах , где составлены несколько машин (3, 4 или 5) чаще всего в качестве стационарной назначается самый тяжелый агрегат (например: редуктор).

Рис.1.4 Стационарная и подвижная машины

Центр вращения стационарной машины – это опорная линия, принятая за ноль. Несоосность определяется нахождением положения центра вращения подвижной машины относительно стационарной машины в двух плоскостях, горизонтальной (X) и вертикальной (Y).

Рис.1.5 Центр вращения стационарной машины – опорная линия. В системе координат плюс – это направление вправо по горизонтали и вверх по вертикали. Символы показывают часовые значения, соответствующие 9-и и 3-м часам по оси Х и 12-и часам по оси Y.

Рис.1.6 Положение подвижного центра вращения относительно стационарного

1.5. Горизонтальная центровка

Состояние несоосности, при виде сверху, корректируемое перемещением машины в боковом направлении, называется горизонтальной центровкой.

Рис.1.7 Горизонтальная центровка

1.6. Вертикальная центровка

Состояние несоосности, при виде сбоку, корректируемое подкладками (или самовыравнивающимися элементами Балтех) под передние и задние лапы машины, относится к вертикальной центровке

Рис.1.8 Вертикальная центровка

1.7. Виды несоосности

Большей частью обсуждения вопроса центровки валов начинаются с определения двух типов несоосности: параллельной и угловой. Наглядно они представлены на следующих рисунках.

Рис.1.9 Параллельная несоосность

Рис.1.10 Угловая несоосность

Эти иллюстрации соответствуют действительности, хотя они и акцентируют внимание на муфтовом соединении. На многих производствах центровка муфт выполняется прикладыванием линейки для устранения смещения и щупов для устранения раскрытия муфт. Глядя на специфичную точку вдоль линии вала, многие люди заменяют понятие «смещения» термином «параллельная несоосность». Такая трактовка подразумевает то, что оси вращения обеих валов расположены на равном расстоянии друг от друга во всех точках вдоль их длины.

В подавляющем большинстве случаев такой параллельности НЕ СУЩЕСТВУЕТ потому, что оба типа несоосности – параллельная и угловая – присутствуют всегда одновременно.

1.8. Смещение вала

Смещение – это отклонение положения от известной опорной точки. Смещения характеризуются величиной и направлением отклонения. При центровке валов смещением называют отклонение оси вращения одного вала относительно другого в заданной точке (или плоскости) вдоль его длины.

Замечания к рисунку ниже:

• Смещение относится к оси вращения вала подвижной машины относительно вала стационарной.
• В точке 1 ось вращения подвижного вала расположена на 0,35 мм ниже.
• В точке 2 ось вращения подвижного вала расположена на 0,12 мм ниже.
• В точке 3 ось вращения подвижного вала расположена на 0,05 мм выше.
• В точке 4 ось вращения подвижного вала расположена на 0,38 мм выше.

Рис.1.11 Смещение вала. Отклонение оси вращения одного вала относительно оси вращения другого в заданной точке (или плоскости) по длине вала.

Важно запомнить, что наша цель центровки – сделать оси вращения обеих валов соосными так, чтобы исключить смещение во всех точках по длине вала.

1.9. Угловая несоосность

Угловую несоосность проще определять как угловое взаиморасположение осей вращения двух валов. В большинстве примеров, связанных со смещением, опорный вал изображают параллельно (хотя это довольно редкая ситуация) для простоты восприятия. Поскольку два вала редко бывают параллельны, в нашем примере изображен подвижный вал наклоненным по отношению к опорному валу.

Рис.1.12 Угловая несоосность. Угловое взаимоположение осей двух валов.

Наклон может быть просто оценен, сначала определением разницы между смещениями вала, измеренными в двух плоскостях, ортогональных линии опорного вала, (смещение 1 – смещение 2), и делением этой разницы на расстояние между точками пересечения этих плоскостей с линией вала.

1.10 Обзор допусков на центровку

«ДОПУСКИ ЦЕНТРОВКИ» - предмет многих дебатов и один из часто задаваемых вопросов.

• Насколько плоха она может быть и до каких значений можно считать ее хорошей?
• Какова вибрация механизма?
• Какова частота вращения вала машины?
• Сколько времени затратить на эту работу?
• Какие подшипники установлены в машине?
• Как долго служат подшипники?
• Критична ли машина на рабочих режимах?
• Каков тип муфтового соединения?

Все ответы на эти вопросы важны; более важны на высокооборотных механизмах и критичных машинах, но для простоты мы спрашиваем о том, «НАСКОЛЬКО ТОЧНЫ мы должны быть?»

1.11. Пример таблицы допусков на центровку

Пока принимаются окончательные решения о принятии допусков на центровку отдельными предприятиями, основываясь на типе механизмов и условиях их работы, можно пользоваться общей таблицей допусков на центровку.

Частота вращения	Угловая несоосность		Параллельное смещение
Об/мин	мм /100 мм		мм
	Отлично	Допустимо	Отлично	Допустимо
0-1000	0,06	0,10	0,07	0,13
1000-2000	0,05	0,08	0,05	0,10
2000-3000	0,04	0,07	0,03	0,07
3000-4000	0,03	0,06	0,02	0,04
4000-5000	0,02	0,05	0,01	0,03
5000-6000	0,01	0,04	<0,01	<0,03

Табл. 1.1 Таблица допусков рекомендуемая компанией Балтех