Разбиране на биенето на вала при вибрационен анализ
Биене е общ термин за несъвършенства в ротора, които генерират сигнал с честота 1 на оборот (1×), дори когато валът се върти толкова бавно, че динамични сили като дисбаланс са незначителни. Строго погледнато, това е общата отклонение на въртящата се повърхност от идеалния кръг, измерено спрямо действителната ос осева линия. Уловката, която заблуждава толкова много анализатори, е, че отклонението изглежда точно като дисбаланс в вибрация данни — но това не е проблем, свързан с обема, и не може да бъде решен чрез балансиране.
Тъй като и двете явления се проявяват при 1× работна скорост... разграничаването им е едно от най-важните умения при диагностиката на роторите. Грешката в това отношение води до загуба на време в търсене на баланс, който никога няма да бъде постигнат; правилният подход означава отстраняване на действителния дефект — или неговото пълно компенсиране, преди да се пристъпи към балансиране. В следващите раздели се описват двата различни вида ексцентричност, обяснява се защо те затрудняват диагностиката и се представя стандартната техника за елиминиране на тяхното влияние.
1. Видове ексцентричност: едно съществено разграничение
Всичко започва с разграничаването на двете коренно различни значения, които може да има една и съща дума – „runout“.
Механично отклонение
Механичното отклонение е истинско физическо или геометрично несъвършенство на вала: повърхността не е напълно кръгла или не е идеално центрирана спрямо оста на въртене. Типичните причини включват:
- Неравностомерност: журналът е леко овално или по друг начин деформиран в резултат на механичната обработка.
- Ексцентричност: някой компонент, като ролка, съединител или зъбно колело, е изработен или монтиран несиметрично спрямо оста на вала.
- Изкривен или извит вал: постоянно огъване при всяко завъртане преминава по повърхността навътре и навън покрай фиксирана точка. Свързана с това преходна версия, термична дъга, се появява при загряването на машината и изчезва, когато тя се стабилизира.
Тъй като става въпрос за реална геометрична характеристика, механичното ексцентрично отклонение може да се измери директно с индикатор, докато валът се върти бавно на ръка. Общата стойност на индикатора е цифрата, посочена в протоколите за проверка, и нашата Калкулатор за радиално отклонение на вала (TIR) помага да се съпостави това отчитане с допустимата граница на отклонение.
Електрическо отклонение
Електрическото отклонение изобщо не е дефект във формата на вала, а артефакт при измерването характерно за безконтактните сензори за близост с вихрови токове. Тези датчици създават високочестотно магнитно поле и определят разстоянието въз основа на начина, по който повърхността на вала го натоварва. Ако тази повърхност има локални колебания в магнитните или електрическите си свойства, датчикът отчита променящо се разстояние, дори когато действителното разстояние между вала и датчика е напълно постоянно. Причините за това са по-скоро металургични и свързани с повърхността, отколкото геометрични:
- Разлики в пропускливостта на материала: локално магнитно петно — често остатък от поставянето на индикатор с магнитна основа върху лагера — генерира силен и продължителен сигнал 1×.
- Промени в повърхностната обработка: драскотини, вдлъбнатини или следи от инструменти в зрителното поле на сондата.
- Несъответствие в състава на материала: разлики в състава на сплавта или в металургичната структура на самия вал.
Важно е да се отбележи, че електрическото отклонение не се вижда с индикатор с циферблат — геометрията е в ред — но въпреки това то е основен източник на грешки в турбомашините, които се контролират съгласно стандарти като АПИ 670, където основните сензори са сензорите за близост.
2. Защо неравномерността нарушава диагностиката и балансирането
Сигналът от всеки от двата вида несиметричност е с честота, равна на 1× работната скорост — точно същата честота като тази на несиметричността — което създава два различни проблема за анализатора.
- То се маскира като дисбаланс: висок връх с височина 1× в спектър води до самоуверена, но погрешна диагноза за дисбаланс, което провокира опити за възстановяване на равновесието, които са както ненужни, така и обречени на провал, тъй като няма излишък от маса, който да се коригира.
- Това нарушава истинското равновесие: когато има истински дисбаланс е Към това се добавя и векторът на ексцентричността. Всеки сериозен опит за балансиране на ротора трябва първо да изолира истинската динамична реакция, което означава измерване на компонента на ексцентричността и векторно изваждане от общия 1× сигнал.
Ето защо един-единствен пик от 1× никога не е достатъчен за поставяне на диагноза — за да се потвърди наличието на истински дисбаланс в сравнение с подобни явления като ексцентричност, несъответствие, a пукнат роторили резонанс е сърцевината на компетентната вибрация диагноза.
3. Компенсация на отклонението: векторът на бавното въртене
Приетото решение е компенсация за биене, което е основна стъпка при анализа на всеки уред, оборудван с датчици за близост. Процесът протича в три етапа:
- Бавно превъртане: машината работи на умишлено ниска скорост — обикновено 200–500 об./мин. — при която центробежните сили, дължащи се на дисбаланс, са незначителни, така че почти целият 1× сигнал се дължи на ексцентричност.
- Измерете вектора на бавното въртене: векторът на вибрацията 1× (амплитуда и фаза) при тази скорост се записва като вектор на „бавното превъртане“ или „изтичането“.
- Извади вектора: след това този запазен вектор на бавното въртене се изважда векторно от вектора на вибрациите 1×, измерен при пълна работна скорост.
Остава само 1× вектор с компенсация на отклонението, която отразява действителното динамично движение на вала, причинено от дисбаланс и други роторно-динамични сили. Именно тази компенсирана стойност — а не суровите данни — трябва да служи за основа при диагностиката и изчисляването на корекционни тежести.
4. Измерване и компенсиране на място
Същият принцип важи и за работата с преносими устройства, дори на машини, които използват акселерометри вместо постоянно монтирани датчици. Добра практика преди баланс на полето е да се провери механичното ексцентричност с индикатор с циферблат и да се провери валът за остатъчен магнетизъм, като се изключат подобните детайли, преди да се добави каквато и да е пробна маса. Преносим двуканален анализатор, като например Балансет-1а измерва амплитудата и фазата при 1×, от които зависи дисбалансът, а записването на референтен сигнал при бавно въртене, когато машината го позволява, дава възможност на анализатора да потвърди, че реакцията при 1× действително нараства с увеличаване на скоростта — което е характерна черта на истински дисбаланс — вместо да остава постоянна, което би сочело директно към ексцентричност.
