Машины для балансировки турбокомпрессоров
Естественные потребности развития рынка ремонта турбокомпрессоров за последнее десятилетие привели к появлению на рынке нескольких высокоскоростных VSR-машин. Сегодня стало нормой, что все известные ремонтные цеха имеют высокоскоростное оборудование для балансировки, и ремонт турбокомпрессоров стал стандартной практикой в большинстве стран.
Различия машин для балансировки
Нам в Melett часто задают вопросы по балансировке картриджей CHRA, а также почему кривые графика балансировки изменяются на VSR-машинах различного типа. Этот вопрос часто заботит наших покупателей по той причине, что получив картриджи CHRA, сбалансированные на Melett, и попытавшись подтвердить результаты балансировки картриджей CHRA на своем собственном оборудовании, они зачастую получают отличающиеся результаты. Также часто бывает, что результаты балансировки на собственном оборудовании покупателя якобы говорят о том, что картриджи CHRA не сбалансированы и, следовательно, не годны для использования.
В отличие от низкоскоростной балансировки вала, процесс высокоскоростной балансировки картриджей CHRA является чрезвычайно сложным. Большое число факторов влияет на остаточный дисбаланс узла на высокой скорости, важнее всего понимать, что когда картридж CHRA достигает скорости VSR-машины, рама VSR-машины и сам механизм также входят в резонанс, создавая определенную вибрацию. При изготовлении VSR-машины одной из важнейших операций является установление точного резонанса машины и, при помощи программного обеспечения, исключение данного профиля вибрации для каждого прогона картриджа CHRA. При этом остается только собственная вибрация картриджа CHRA, которая отображается на экране.
Проще говоря:
Проблема изготовителей оборудования заключается в том, что вибрация от одной машины к другой будет слегка отличаться в результате действия многих факторов, не подлежащих контролю. Понимание данной ситуации облегчает восприятие различной вибрации в разных машинах.
Следующие два фактора оказывают наиболее важное влияние на появление различий:
- Адаптер: разные производители используют адаптеры различной конструкции. Даже для одного и того же номера детали турбокомпрессора, каждый адаптер имеет слегка отличные свойства (толщину литой стенки, толщину шайбы, точные свойства материала). Поэтому каждый адаптер будет производить в процессе слегка отличную вибрацию по сравнению с той оригинальной вибрацией, которая была устранена изготовителем машины. Следовательно, конструкция и уровень результирующей вибрации будут отличаться от адаптера к адаптеру.
- Усилие зажима: один и тот же картридж CHRA может показать слегка отличные кривые при разном усилии прижима к корпусу машины, так как от этого зависит передача вибрации от картриджа CHRA к машине. Усилие зажима отличается от машины к машине, а также зависит от оператора.
- Так как в адаптерах в основном используется конусный тип крепления, то легкое различие в механической обработке компонентов конуса вызовет очень большое несоответствие в усилиях зажима и будет изменяться от адаптера к адаптеру;
- Разные операторы будут зажимать картридж CHRA с различным усилием;
- Различные конструкции конусной части у разных изготовителей машин дают разные усилия зажима.
Учитывая все это, становится очень сложным получить одинаковый график балансировки одного и того же картриджа CHRA на двух разных машинах балансировки.
Поэтому нет легкого ответа на вопрос как развеять сомнения в правильности результатов предыдущей балансировки картриджей CHRA на других машинах. Для обеспечения воспроизводимости и стабильности, компания Melett использует машины производства компании Turbo Technics для изготовления всех картриджей CHRA, а для дальнейшего изучения данной проблемы мы приобрели машины CIMAT и Schenk, которые прошли настройку в нашем техническом департаменте, для того, чтобы любые претензии по балансировке могли быть изучены на соответствующем оборудовании.
Важно то, что отличия между машинами не должны быть существенными, так как все они предназначены для получения одинаковых результатов.
Для чего нужно балансировать картриджи?
Ремонт турбокомпрессоров стал развитым международным рынком, начало которому было положено еще в 1960-х г.г. До конца 1990-х г.г. на рынке ремонта турбокомпрессоров доминировал ремонт турбокомпрессоров крупных промышленных транспортных средств. После прорыва, достигнутого в применении обычных турбодизелей для легковых автомобилей, и следуя новой тенденции уменьшения размеров бензиновых/дизельных двигателей за счет турбонаддува, ремонтная промышленность также показала существенный рост в результате необходимости обслуживания большого числа меньших турбокомпрессоров. Это в свою очередь существенно увеличило спрос на высокоскоростную балансировку.
CHRA — это ротор (с крыльчаткой турбины на одном конце и с крыльчаткой компрессора на другом), который удерживается системой подшипников, обеспечивающей его вращение с высокой скоростью, в пленке масла под давлением, аналогично двигателю. Традиционно, ремонтники турбокомпрессоров разбирают весь турбокомпрессор и CHRA, исследуют индивидуальные компоненты, заменяют их при необходимости и устанавливают новые оригинальные подшипники и уплотнения.
Точно так же, как после замены колеса необходима его балансировка, CHRA тоже необходимо балансировать после демонтажа и ремонта.
Важно понимать: все объекты, вращающиеся вокруг центральной оси, имеют определенную степень дисбаланса, и этот дисбаланс создает резонансную частоту (или вибрацию) на определенных оборотах. Скорость и сила такой вибрации прямо связана с дисбалансом в CHRA. Сравнивая с колесом автомобиля, эта вибрация будет ощущаться в рулевом колесе. Однако, если колесо отбалансировать более тщательно, то резонанс понижается, и его частота смещается в область более высоких оборотов, которая находится вне максимальной скорости машины, что решает проблему.
CHRA турбокомпрессора является комплексным механическим узлом, предназначенным для работы при температурах до 800 °С на скоростях, достигающих 230 000 об/мин (более 3 800 оборотов в секунду!).
Чтобы работать в таких экстремальных условиях, каждый компонент ротора в CHRA турбокомпрессора изготавливают с самыми жесткими допусками в автомобильной промышленности (до 0,002 мм). Крыльчатки турбины и компрессора также имеют прецизионную конструкцию и проходят балансировку на специальном оборудовании как часть процесса изготовления. Однако, когда ротор уже собран, аккумулирование остаточных крохотных дисбалансов может привести к нарушению баланса ротора и будет вызывать вибрацию на критических скоростях рабочего диапазона CHRA.
Также как при балансировке автомобильного колеса на малой скорости, традиционно более крупные роторы турбокомпрессоров балансировались на меньших скоростях. При достижении определенного уровня балансировки на низкой скорости, резонансная частота ротора будет существенно выше рабочей скорости турбокомпрессора. Однако с уменьшением размеров турбокомпрессоров скорость вращения существенно возрастает, поэтому маленькие CHRA сегодня проходят через резонансную частоту в своем рабочем диапазоне. Для того, чтобы такие малые CHRA не вызывали существенной вибрации при работе, их необходимо балансировать на высокой скорости на балансировочной машине, способной ускорить CHRA до его полной рабочей скорости и измерить вибрацию при прохождении ротором резонансной частоты.
Более чем в 99 % испытаний на несбалансированных CHRA вибрация оказывалась вне допустимых пределов, что вызывало необходимость дальнейшей балансировки для обеспечения корректной работы турбокомпрессора.
Важно: срок службы турбокомпрессора будет существенно снижен, если не отбалансировать CHRA правильно, в худших случаях турбокомпрессор при работе будет издавать неприемлемый шум и выйдет из строя за несколько дней
Высокие скорости вращения требуют изготовления запасных частей для турбокомпрессора с чрезвычайно высокой точностью. Просто понять, что применение низкокачественных запасных частей усложняет балансировку CHRA. Следствием этого является то, что CHRA низкого качества часто не сбалансированы до требуемой степени и гораздо легче выходят из строя, чем ожидается.
Применение деталей, при изготовлении которых не были выдержаны строжайшие допуски по плоскостности или размерам, может привести к аккумулированию дисбалансов компонентов, вновь приводящих к преждевременной поломке турбокомпрессора.
CHRA, у которых диаметр крыльчатки турбины менее, чем приблизительно 50 мм, будет проходить резонансную частоту при работе в штатном режиме. Для справки, сюда входят все турбокомпрессоры, установленные на дизельные двигатели объемом до 4 л.
Все CHRA должны быть повторно отбалансированы, даже если используются те же самые компоненты. Последствия ослабления и затяжки гайки вала изменяют точный баланс ротора, поэтому невозможно разобрать турбокомпрессор, установить новое уплотнение и заново точно собрать. ВСЕ CHRA должны быть отбалансированы на высокой скорости.
Решением для оптимизации срока службы отремонтированного турбокомпрессора является использование качественных, прецизионно изготовленных компонентов, применение правильного оборудования для балансировки CHRA на высокой скорости, обеспечение тщательной сборки и калибровки турбокомпрессора.
Поставщики VSR-машин для балансировки
At Melett, we are often asked to recommend VSR machine suppliers for turbo repair.
There are several machine manufacturers who are currently supplying the turbocharger aftermarket. The machines on offer vary considerably in price and also operate slightly differently. We would recommend looking at the different machines to see which fits your expectations and budget. You should also consider the availability and cost of adapters for the different turbo models as this will be a significant part of the on-going investment. Also review the availability and cost of training for machine operators, the flexibility to create or modify run up templates and any options available like automatic run-up, which we consider to be an important feature.
There are several other machines on the market so please note that this is not an exhaustive list. The three companies below are well known to Melett and we consider them partners in the industry. As such, this is intended to be an unbiased review.
CIMAT |
CIMAT is a well-established Polish company who has been producing balancing machines for over 30 years. Their product range covers many industries from balancing small rotors through to large rotors for generators weighing several tonnes. As a specialised offering, CIMAT has developed a range of balancing machines specifically for the turbocharger aftermarket, offering everything from rotor balancers to high speed VSR machines and twin machines, incorporating both balancers in one unit.The company is well known throughout Europe and has a large customer base in the industry. Since 2007, Melett has had a good relationship with CIMAT as the company has acted as the Melett distributor in Poland, supplying both machines and Melett repair parts. CIMAT has a good reputation for customer service and has a good range of adapters, which give coverage to many turbo models. CIMAT machines are priced competitively and are usually one of the lower priced machines on the market. |
Turbo Technics |
Turbo Technics are a UK company who have been offering their VSR machines since the 1990’s. Many long established turbo repair companies recognise Turbo Technics as the founder of the VSR machine and the brand is well established in the market. The company owner – Geoff Kershaw — originally developed the machine when working for Garrett and developing the turbocharger for Saab back in the 1980’s. Turbo Technics also supply some of the turbo OEM companies with special machines developed for mass production.Melett operate a range of Mark 4, Mark 4P and Mark 4SA Turbo Technics VSR machines in our CHRA production department, covering volume production runs and flexibility with adapters. Turbo Technics have developed a good range of adapters for the various machines. The machine prices tend to be in the middle range of machines available. |
Schenck |
Schenck is by far the largest rotor balancing machine manufacturer in the World. With a head office is Germany, the company has a large global presence supplying all sizes of machines to many different industries including automotive, aerospace and power generation. As part of their organisation, Schenck have a Turbocharger Division which is focussed mainly on OEM turbocharger manufacturers, supplying fully automated turbine and compressor wheel rotor balancers as well as fully automated, pallet loadable CHRA balancers for high volume OEM production.For the turbocharger aftermarket, Schenck offers a rotor balancer, which is very popular with turbo repairers for re-balancing turbine and compressor wheels. Schenck also offer a workshop VSR balancing machine. The range of adapters tends to be limited although this may have improved. As World leaders, their machine is one of the higher priced in the market. |
