Разбиране на ексцентричността във въртящите се машини
В динамика на ротора, ексцентричност е радиалното отклонение между центъра на масата на ротора (неговия център на тежестта) и неговия геометричен център — истинския център на вала му. При идеално балансиран ротор тези два центъра биха съвпадали, но производствените несъвършенства и неравномерната плътност на материала гарантират, че почти винаги остава някаква ексцентричност. Когато ексцентричен ротор се върти, изместената от центъра маса генерира центробежна сила, и тази сила е основната причина за дисбаланс вибрация. С други думи, ексцентричността е геометричният фактор, стоящ в основата на най-често срещаната повреда при машините.
1. Определение: Какво е ексцентричност?
Ексцентричността е разстояние — обикновено от порядъка на няколко микрометра — измерено перпендикулярно на оста на въртене, което разделя мястото, където действително е разположена масата, от мястото, където се върти валът. Тъй като това е свойство, свързано с разпределението на масата, а не с външния вид на повърхността, истинската ексцентричност на масата не може да се види и не може да се отчете с индикатор на неподвижен ротор. Тя се проявява само когато роторът се върти и изместената маса започва да упражнява центробежна сила навън веднъж на всеки оборот.
2. Пряката връзка между ексцентричността и дисбаланса
Ексцентричността и небалансираността са двете страни на една и съща монета. Дисбалансът е мярка за въздействието на ексцентричността при дадена скорост; ексцентричността е физическата причина. Степента на дисбаланс е пряко пропорционална на масата на ротора и на неговата ексцентричност:
Дисбаланс (U) = Маса (M) × Ексцентричност (e)
Този прост модел обяснява защо ексцентричността е толкова важна. Центробежната сила, която тя създава, нараства с квадрат на скоростта на въртене, така че дори няколко микрометра ексцентричност при тежък ротор, въртящ се с висока скорост, могат да създадат огромна сила, която води до сериозни вибрация and rapid износване на лагерите. Можете да видите колко бързо нараства тази сила в зависимост от масата, ексцентричността и скоростта, като използвате калкулатор за центробежната сила, причинена от дисбаланс.
3. Видове ексцентричност
Важно е да се прави разграничение между истинската ексцентричност и свързаните с нея геометрични несъвършенства, които често се бъркат с нея.
Масова ексцентричност
Истинската ексцентричност, дефинирана по-горе — разминаването между центъра на масата и геометричния център. Това е причината за дисбаланса и е целта на всяка процедура по балансиране. Тя не може да се измери директно с индикатор с циферблат при неподвижен ротор; тя се проявява само динамично, като сила, възникваща веднъж на оборот, чиято посока (ъгълът на тежестта) се определя от фаза на 1× вибрацията.
Геометрична ексцентричност (отклонение)
Отклонението на повърхността на ротора от идеалния кръг — показател за степента на „неправилност“ на вала или ротора, наричано още механично биене. Списанието може да е леко овално или да представлява ролка, изработена с изместена от центъра ос. За разлика от общата ексцентричност, това може да се измерва с индикатор с циферблат при бавно въртене. Този показател не отразява пряко дисбаланса на масата, но ексцентричната геометрична форма често допринася за него. Отделното, но тясно свързано понятие за екцентричност на ротора описва това геометрично отклонение в контекста на двигателите и разстоянието между магнитните полюси.
Електрическо отклонение
Това изобщо не е физически дефект, а измервателен артефакт, характерен за безконтактните методи сонди за близост. Когато повърхността на вала се различава по магнитна проницаемост или електрическа проводимост, сондата подава фалшив сигнал, който имитира геометрично изкривяване. Този шум трябва да бъде идентифициран и отстранен — обикновено чрез компенсация на кабела и изваждане на бавното изтичане — по време на динамичните изпитвания на ротора, в противен случай то ще се приеме за истинско движение на вала.
4. Причини за ексцентричността
Ексцентричността на масата достига до ротора по няколко начина:
- Производствени допуски: нито един процес на механична обработка, леене или сглобяване не е съвършен, затова малките грешки са неизбежни.
- Неравномерна плътност на материала: Включенията, кухините или порьозността в отливката или кованото изделие правят материала нееднороден и изместват центъра на масата.
- Асиметричен дизайн: някои компоненти, като например коленчатите валове, са по своята същност асиметрични.
- Грешки при сглобяването: ролка или лагер, които не са идеално центрирани върху вала, създават ексцентрична маса.
- Топлинно изкривяване: неравномерното загряване или охлаждане може да изкриви ротора, като временно измести центъра на масата му — а термична дъга, често наричан „термичен вектор“, тъй като значение имат както неговият размер, така и посоката му.
5. Как се разглежда ексцентричността
Тъй като ексцентричността на масата е причината за дисбаланса, тя се коригира чрез балансиране. Чрез добавяне или отнемане на малки количества маса техникът създава противоположна центробежна сила, която ефективно привлича ос на тежестта на ротора обратно към неговата геометрична ос, като по този начин свежда до минимум нетната сила и произтичащите от нея вибрации. При сглобена машина това се извършва на място: преносим двуканален анализатор като Балансет-1а измерва амплитудата и фазата на 1× в лагерите на самата машина, изчислява колко корекционно тегло къде да се добави и къде, и проверява остатъчен дисбаланс след това. Имайте предвид, че балансирането отменя effect на ексцентричност; тя не променя геометричната повърхност, така че ротор с голямо геометрично отклонение може да е добре балансиран, но въпреки това да се трие или да показва високи стойности на датчика за близост.
