Разбиране на двуравнинното балансиране
Балансиране в две равнини е динамично балансиране процедура, при която корекционни тежести са разположени в две отделни равнини по дължината на ротора, за да се елиминират и двете статичен дисбаланс и дисбаланс в двойката едновременно. Това е стандартният метод за по-голямата част от промишлените въртящи се машини — всеки ротор, чиято аксиална дължина е съизмерима с диаметъра му или по-голяма от него. За разлика от балансиране в една равнина, което коригира само отклонението на центъра на масата на ротора, докато двуплоскостното балансиране коригира както преместването центробежна сила и моментът, който кара ротора да се люлее или да се клати около своя център.
1. Определение: Защо две равнини?
Всеки твърд ротор дисбаланс може да се раздели на две независими съставни части. Статичен дисбаланс е място с неравномерно разпределение на натоварването, чийто център на масата е изместен от оста на вала; то създава сила в същата фаза и при двата лагера и би се проявило дори ако роторът беше балансиран на остриета, без да се върти. Дисбаланс в двойката това е двойка еднакви тежки точки, разположени на 180° една от друга в противоположните краища на ротора: тя не предизвиква нетна промяна в положението на центъра на масата, поради което е невидима в статично състояние, но при движение генерира люлеещ момент, който извежда двата лагера във фазова несъвместимост един спрямо друг.
Една-единствена равнина на корекция може да неутрализира само статичната компонента. За да се неутрализира моментът на въртене, са необходими две корекции, които заедно образуват противоположен момент — а това, по дефиниция, изисква две равнини. Тъй като реалните ротори притежават произволна комбинация от статичен и моментен дисбаланс (състояние, често наричано квазистатичен дисбаланс (когато двете се съчетаят), две коригиращи равнини са минимумът, необходим за пълно описание и коригиране на вибрация.
2. Кога е необходимо двуплоскостно балансиране?
Използвайте две равнини, когато е изпълнено някое от следните условия:
Дълги или тънки ротори
Като общо правило всеки ротор, при който съотношението дължина/диаметър е по-голямо от приблизително 0,5 до 1,0, трябва да се балансира в две равнини. Типични примери за това са:
- Арматурите на електродвигателите
- Валове на помпи и компресори
- Многостепенни вентилаторни ротори
- Задвижващи валове и съединители
- Шпиндели и въртящи се инструменти
- Ротори на турбини
Тънък диск — шлифовъчен диск, единична ролка, тънък маховик — се намира в другия край и обикновено може да бъде коригиран в една равнина, тъй като е твърде къс, за да понесе значителен въртящ момент.
Видим дисбаланс в двойката
Когато измерената стойност е 1× фаза разликата в фазата на двете лагерни опори е значителна — приближава се до 180°, което показва люлеещо или накланящо движение — налице е дисбаланс на въртящия момент и той може да бъде отстранен само чрез двуплоскостна корекция.
Когато балансирането в една равнина не е достатъчно
Класически диагностичен признак: при опит за регулиране в една равнина вибрациите в единия лагер намаляват, но в другия се увеличават. Този компромис е характерна черта на некоригирана двойка и показва, че е необходима втора равнина.
Твърди ротори с разпределена маса
Even a твърд ротор с резултати, значително по-ниски от първите критична скорост има предимствата на две равнини, ако масата му е разпределена по значителна аксиална дължина, което гарантира, че вибрациите се свеждат до минимум при всеки лагер, а не само при един.
3. Процедурата за балансиране в две равнини
Балансирането в две равнини е по-сложно от това в една равнина, тъй като корекция в някоя от равнините променя вибрациите при и двете лагери. Приетото решение е метод на коефициента на влияние, нанесени с две пробни тежести в поредица от измервателни серии.
Стъпка 1 — Първоначално измерване
Задействайте машината при избраната скорост за балансиране и запишете началните вектори на вибрациите 1× (амплитуда и фаза) при двата лагера. Означете ги като „Лагер 1“ и „Лагер 2“. Тази двойка отразява съвкупния ефект от всички дисбаланси в ротора.
Стъпка 2 — Определяне на равнините на корекция
Изберете две корекционни равнини където може да се добавя или отнема маса. Разположете ги на възможно най-голямо разстояние една от друга и на достъпни места — обикновено в близост до двата края на ротора, при съединителните фланци или при главините на вентилаторите. Голямото разстояние между равнините осигурява силна и добре регулирана корекция на въртящия момент.
Стъпка 3 — Пробно тегло в равнина 1
Спрете машината и поставете тежест с известна маса под известен ъгъл в първата равнина. Стартирайте отново и запишете новите вибрации при двата лагера. Векторът промяна при всяко направление се получават два коефициента на влияние: влиянието на равнина 1 върху направление 1 и влиянието на равнина 1 върху направление 2.
Стъпка 4 — Пробно тегло в равнина 2
Премахнете първото пробно тегло, поставете пробно тегло във втората равнина, пуснете машината и измерете отново. По този начин се получават останалите два коефициента: равнина 2 на лагер 1 и равнина 2 на лагер 2.
Стъпка 5 — Изчислете корекциите
Инструментът съдържа вече четири сложни коефициента на влияние, подредени в матрица 2×2. Използвайки векторна математика и чрез инверсия на матрицата, тя решава система от две уравнения за точната маса и ъгъл, необходими във всяка равнина, за да се намалят едновременно вибрациите и при двата лагера до нула. А калкулатор за коефициент на влияние в една равнина илюстрира основната векторна аритметика за една равнина; случаят с две равнини просто я разширява до матрица, докато калкулатор за пробно тегло помага да се определи разумна начална тестова маса.
Стъпка 6 — Инсталиране и проверка
Поставете трайно и двете изчислени тежести и пуснете машината за проверка. Вибрациите при двата лагера вече трябва да са в рамките на допустимите граници. Ако остане малко остатъчна вибрация, бързо баланс на подравняване — повторното използване на вече измерените коефициенти — подобрява резултата без да са необходими допълнителни пробни изчисления.
4. Обяснение на матрицата на коефициентите на влияние
Силата на метода се крие в тази 2×2 матрица, тъй като всяка равнина оказва влияние и двете bearings:
- Преки ефекти: тежестта в равнина 1 оказва най-силно влияние върху близката ориентация 1, а тежестта в равнина 2 – върху близката ориентация 2.
- Ефекти на кръстосаното свързване: тежест в равнина 1 също премества лагер 2 (обикновено с по-малка сила), а тежест в равнина 2 също премества лагер 1.
Решаването на матрицата отчита едновременно и четирите взаимодействия, така че двете корекции си взаимодействат, вместо да си противоречат. Ръчното изчисление е безмилостно — една грешка в знака или дори малка фазова грешка се разпространява при обратната матрица — и именно затова специализираният уред за балансиране си заслужава цената.
За две равнини (1, 2) и две ориентации (A, B) системата е VA = αA1·W1 + αA2·W2 and VB = αБ1·W1 + αB2·W2, където всеки член V, α и W представлява комплексен вектор (амплитуда и фаза). Софтуерът за балансиране решава тази система от уравнения 2×2, за да намери коригиращите тегла W1 and W2 that make VA and VB vanish.
5. Двуравнинно балансиране на място
Балансирането в две равнини е най-често използваният метод за балансиране на полето, и точно за това е създаден преносимият двуканален анализатор. С уред като Балансет-1а, техник монтира акселерометър на всеки лагер се монтира оптичен лазерен тахометър за фазовата референция и преминава през шестте стъпки по-горе — първоначално изпълнение, две пробни изпълнения, решаване, коригиране, проверка — без да разглобява машината или да изпраща ротор в сервиз за балансиране. Тъй като работата е свършена in situ, при реалните лагери на машината и при действителната работна скорост, резултатът отразява реалните експлоатационни условия — твърдостта на лагерите, гъвкавостта на основата, термичните и технологичните натоварвания — с които работи цехът балансираща машина не може да се възпроизведе. След това уредът проверява крайния остатъчен дисбаланс с избрания клас по ISO, преди докладът да бъде одобрен.
6. Предимства на двуравнинното балансиране
- Пълна корекция: елиминира както статичния, така и динамичния дисбаланс – пълната картина при твърдия ротор.
- Намалява вибрациите при всички лагери: оптимизира цялата система на ротора, а не само единия край.
- Удължава експлоатационния срок на компонентите: По-ниските вибрации при двете опори означават по-малко износване на лагерите, уплътненията и съединителите, както и по-малък риск от умора cracking.
- Стандарт в бранша: изисквано от много производители на оборудване и кодифицирано за твърди ротори в ISO 21940-11 (съвременният наследник на ISO 1940-1).
- Подходящо за повечето машини: това важи за твърди ротори, работещи под първата си критична скорост, което обхваща преобладаващата част от промишленото оборудване.
7. Разположение: едно-, дву- и многоплоскостно
| Метод | Самолети | Коригира | Typical rotor |
|---|---|---|---|
| Едноплоскостен | 1 | Само статично | Тънки дискове, тесни ролки, единични вентилатори |
| Двуравнинен | 2 | Статично + двойка | Най-твърдите индустриални ротори |
| Multi-plane | 3 or more | Статично + двойно + модално огъване | Гъвкави ротори над критичната скорост |
В сравнение с балансирането в една равнина, балансирането в две равнини е по-сложно и отнема повече време, но осигурява значително по-добро намаляване на вибрациите при всички ротори, с изключение на най-тесните дискови модели. От друга страна, гъвкав ротор при работа над една или повече критични скорости може да са необходими три или повече равнини — вижте „балансиране в няколко равнини“ — но за по-голямата част от индустриалните машини две равнини са напълно достатъчни.
8. Често срещани предизвикателства и решения
Недостъпни равнини на корекция
Предизвикателство: при сглобена машина идеалните места за поставяне на равнините може да са недостъпни.
Решение: използвайте всичко, което е на разположение — съединителни главини, лопатки на вентилатори, външни фланци — и оставете коефициентите на инструмента да компенсират неидеалната геометрия, тъй като матрицата се измерва върху самата машина.
Слаба реакция на пробното тегло
Предизвикателство: ако пробното тегло почти не променя показанията, коефициентите на влияние стават неточни, а резултатът – ненадежден.
Решение: използвайте по-голяма пробна маса или я преместете на по-голямо разстояние, за да повишите ефекта ѝ значително над нивото на шума при измерването.
Нелинейно поведение
Предизвикателство: rotors with механична хлабина, меко стъпалоили работа в близост до резонанс може да не реагира линейно на теглото — предпоставка, от която се изхожда при този метод.
Решение: първо отстранете механичните неизправности (затегнете крепежните елементи, отстранете нестабилността) и, където е възможно, балансирайте така, че да се избегнат критичните обороти. Уверете се, че проблемът наистина се дължи на дисбаланс, а не на несъответствие преструвайки се на него
