Разбиране на първоначалния дисбаланс
Първоначален дисбаланс — наричан още първоначален или първоначален дисбаланс — е дисбаланс състояние, което съществува в ротор before any балансиране приложена е корекция. Това е изходното състояние на ротора, засечено по време на първото изпълнение на процедурата по балансиране. Неговата величина и ъглово положение се определят чрез измерване вибрация амплитуда и фаза докато роторът се върти със скоростта си на балансиране. Всичко, което следва в процеса на балансиране, се отнася към този начален вектор: той е еталонът, спрямо който се оценява ефективността на работата, а това, което остава след приключване на корекцията, се нарича остатъчен дисбаланс.
1. Причини за първоначален дисбаланс
Първоначалният дисбаланс се натрупва от множество източници през целия експлоатационен цикъл на ротора — при производството, сглобяването, експлоатацията и дори по време на ремонтни дейности, които имат за цел да го подобрят.
Производствени толеранси
Дори при прецизната механична обработка постигането на идеална симетрия е невъзможно:
- Колебания в плътността на материала: нехомогенният материал, вътрешните кухини или включенията водят до асиметрия в масата.
- Допустими отклонения при обработка: незначителни отклонения от истинската концентричност — изтичане или ексцентричност — водят до дисбаланс.
- Отклонения в дебелината на стената: При отлетите или изработените ротори неравномерните стени водят до неравномерно разпределение на масата.
- Порестост и дефекти при леенето: въздушните джобове, свиването или включенията от шлака изместват масата.
Грешки и отклонения при сглобяването
Когато роторът е съставен от няколко компонента, може да възникне дисбаланс, дори ако всяка част поотделно е в изправност:
- Натрупване на допуски: добре балансираните части все пак могат да добавят vectorially до значителна обща сума.
- Свързване с ключ: ключовете, каналите за ключове и шлиците по своята същност са асиметрични.
- Отвори за болтове и крепежни елементи: неравномерно разпределените отвори или несъответстващите крепежни елементи водят до нестабилност.
- Термично и пресово закрепване: компонентите, монтирани чрез термично свиване или пресоване, може да не се позиционират напълно концентрично.
Оперативни причини
Дисбалансът се развива и по време на експлоатация, като се отклонява от първоначалното състояние на балансиране на ротора:
- Натрупване на материал: мръсотия, прах, котлен камък или остатъци от производствения процес, които се натрупват върху работни колела, лопатките на вентилатора или повърхностите на ротора.
- Erosion and износване: неравномерна загуба на материал в резултат на абразия, корозияили кавитация.
- Счупени или липсващи части: изгубена перка, счупена лопатка на ротора, изместен компонент.
- Деформация: Огъване, изкривяване или пластична деформация от удари, прегряване или претоварване.
- Разхлабени компоненти: детайли, които са се разхлабили и са се разместили.
Дейности по поддръжка и ремонт
По ирония на съдбата, поддръжката може да доведе именно до този дисбаланс, който се опитва да отстрани:
- Монтиране на резервни части с различна маса или различно разпределение на масата.
- Заваръчни ремонти, при които металът се добавя асиметрично.
- Преработка или машинна обработка, която премахва материала неравномерно
- Боята или покритието са нанесени неравномерно.
2. Как се измерва първоначалният дисбаланс
Първоначалният дисбаланс се измерва количествено при първия цикъл на измерване в рамките на процедурата по балансиране.
Параметри на измерване
- Амплитуда на вибрациите: амплитудата на компонента 1× (един път на оборот), обикновено изразена в mm/s, in/s или мили. Тя е пряко свързана със степента на дисбаланса.
- Фазов ъгъл: моментът на 1× вибрационния пик в градуси спрямо референтна маркировка, открита от ключов фазор или тахометър. This is the response фазата, а не директно ъгъла на тежката точка: вибрацията изостава от действителната тежка точка с величина, която зависи от това колко близо е работната скорост до резонанс (от близо 0° доста под него, през 90° върху него, до близо 180° над него), плюс закъснения на сензора и измервателната апаратура. Затова ъгълът на тежкото място и корекционната тежест се извежда от алгоритъма за балансиране — чрез метода на пробната тежест (коефициент на влияние) — вместо да се отчита директно от фазовия дисплей.
- Скорост: скоростта на въртене, при която се измерват стойностите — важно, защото центробежна сила небалансът нараства пропорционално на квадрата на скоростта.
Векторно представяне
Първоначалният дисбаланс се представя като вектор “O” (от “Original” — първоначален) с величина и посока и обикновено се изчертава върху полярна диаграма където:
- дължината на вектора представлява амплитудата на вибрацията, а
- ъгълът на вектора представя измерената фаза на отклика (от която по-късно се извежда местоположението на тежката точка).
3. Значението в процеса на балансиране
Измерването на първоначалния дисбаланс изпълнява няколко задачи едновременно.
Изходна точка за корекции
Всички изчисления за балансиране се отнасят към първоначалния дисбаланс. Целта е да се добави корекционни тежести които генерират вектор на вибрация, равен и противоположен на първоначалния вектор, като го неутрализират.
Оценка на тежестта
Степента на първоначалния дисбаланс показва колко сериозен е проблемът и помага при вземането на решение:
- дали балансирането е правилният ход, или дали става въпрос за друга механична повреда — разхлабеност или неправилно подреждане — трябва да се отстрани първо;
- подходящият размер на пробни тежести; and
- дали ще е достатъчна една корекция или ще са необходими няколко повторения.
Една полезна проверка, преди да се докоснете до ротора, е да превърнете измерената амплитуда в силата, която роторът действително упражнява; нашата Центробежна сила от калкулатор за дисбаланс превръща дадения дисбаланс и скорост директно в нютони, което прави спешността очевидна.
Проследяване на напредъка
Сравнението между първоначалния дисбаланс и остатъчния дисбаланс след корекцията дава количествена представа за това колко успешно е протекла операцията. При добро балансиране вибрациите обикновено се намаляват с 70–90 % или повече спрямо първоначалното ниво.
Изчисляване на коефициента на влияние
В метод на коефициента на влияние, първоначалният вектор на дисбаланса се изважда от вибрациите, измерени по време на теста с пробното тегло, за да се изолира ефектът от пробното тегло:
T = (O + T) − O, където O е първоначалният дисбаланс, а T е ефектът от пробното тегло.
Въз основа на този изолиран ефект анализаторът изчислява коефициента на влияние, а оттам и точната корекционна маса и ъгъл. При задачи в една равнина можете да възпроизведете тази аритметика с помощта на Калкулатор на коефициент на влияние.
4. Връзка с остатъчния дисбаланс
Целта на балансирането е да се намали първоначалният дисбаланс до приемливо ниско остатъчно ниво. Връзката се изразява просто в състоянието „преди“ и „след“:
- Начален дисбаланс: състоянието „преди“.
- Корекция: процедурата по балансиране и монтирането на тежестите.
- Остатъчен дисбаланс: условието „след“.
В идеалния случай остатъчното отклонение трябва да бъде по-малко от 10–30 % от първоначалното, като точната цел се определя от изискванията за качество на балансирането на ротора съгласно ISO 21940-11 (съвременният наследник на ISO 1940-1). Превод на избрания G-клас а превръщането на скоростта на обслужване в допустима стойност в грам-милиметри става бързо с помощта на Калкулатор за остатъчен дисбаланс (ISO 21940-11).
5. Типични нива на първоначален дисбаланс
Степента на първоначалния дисбаланс варира значително в зависимост от типа на оборудването и историята на експлоатацията.
Нови или наскоро балансирани ротори
При индустриалните машини вибрациите обикновено са в диапазона от 0,5 до 2,0 мм/с (0,02 до 0,08 инча/с) — което представлява добро до приемливо състояние на баланс.
Умерено небалансирани ротори
Вибрации от 2,0 до 7,0 мм/с (0,08 до 0,28 инча/сек.) означават, че роторът трябва да бъде балансиран в най-скоро време. Това е често срещано състояние при оборудване, което се нуждае от планова поддръжка.
Силно небалансирани ротори
Вибрации над 7,0 мм/с (0,28 инча/с) са признак за сериозен дисбаланс, който изисква незабавна намеса – често причината е липсващо лопатка, значителни наслагвания или сериозно повреждане на основен компонент.
Забележка: това са общи указания за типични промишлени машини. Конкретното допустимо ниво зависи от типа, размерите, скоростта и начина на монтаж на машината, както е определено в стандарти като ISO 20816 серия (по-рано ISO 10816).
6. Измерване на място и документиране
При сглобена машина първоначалният дисбаланс се измерва на място, а не на балансираща машина. Преносим двуканален анализатор, като например Balanset-1A измерва амплитудата и фазата 1× в самите лагери на машината при работна скорост, записва първоначалния вектор „O“, а след това направлява циклите с пробни тежести и корекции, които го намаляват — като улавя истинското състояние, в което роторът действително работи, включително ефектите от сглобяването и термичните ефекти, които една цехова балансираща машина никога не би могла да засече.
Независимо от използвания инструмент, измерването на първоначалния дисбаланс трябва да бъде вписано в протокола за балансиране:
- амплитуда и фаза на вибрациите във всяка точка на измерване;
- работната скорост по време на измерването;
- датата и идентификационните данни на оборудването; и
- Всякакви видими причини за дисбаланс, отбелязани по време на проверката
Тази документация създава архив на състоянието на ротора и подпомага анализ на тенденциите с течение на времето — като например разкрива дали се появява постепенно небаланс вследствие на натрупване или ерозия и позволява планирането на ремонтни дейности, преди вибрациите да станат сериозни.
