Разбиране на дисбаланса във въртящите се машини
Дисбаланс (използва се като синоним на дисбаланс) е условието в ротор когато центърът на масата не лежи на оста на въртене. Това отклонение — ексцентричност — означава, че масата е разпределена неравномерно около оста. Когато роторът се върти, изместената от центъра маса се изтласква навън от центробежна сила, което води до възникване на въртящо натоварване, което разтърсва лагерите и цялата машина. Дисбалансът е с голяма разлика най-честият източник на вибрация при въртящото се оборудване, и именно тази неизправност балансиране съществува, за да поправи.
1. Определение и физическите принципи, които стоят зад него
В количествено отношение, дисбаланс U е произведението на масата на изпъкналостта и радиуса ѝ спрямо оста — място с по-голяма маса m разположен на радиус r дава U = m·r, изразено в грам-милиметри (г·мм) или грам-инча. Тя може да се изрази и като общата маса на ротора, умножена по ексцентричността на неговия център на тежестта (U = M·e). От механична гледна точка значение има силата, която се създава при това. Центробежната сила нараства пропорционално на квадрата на ъгловата скорост:
F = m · r · ω² — удвояване на скоростта води до удвояване на въздействащата сила четворки.
Тази зависимост, пропорционална на квадрата на скоростта, е причината ротор, който се върти плавно при ръчно задвижване, да трепери силно при работна скорост, както и причината бързите машини да трябва да бъдат балансирани много по-прецизно от бавните. Силата се върти заедно с вала, така че задвижва конструкцията веднъж на всеки оборот — оттук идва и характерният признак на дисбаланса.
2. Характерната класическа вибрация
Дисбалансът е една от по-лесните за диагностициране неизправности, тъй като характерните му признаци са изключително типични:
- Честота: вибрацията се появява точно 1× скоростта на въртене (the работна скорост). Променете скоростта и пикът я проследява с прецизност — отличителна черта, която го отличава от много други дефекти.
- Посока: енергията е предимно радиален (по хоризонтала и по вертикала), с малко аксиален (основно) съдържание.
- Амплитуда: тя е пропорционална на квадрата на скоростта — удвояването на оборотите на минута приблизително учетворява реакцията, както предсказва описаната по-горе физика.
- Фаза: the 1× фаза измервателните данни са стабилни и възпроизводими, което именно позволява локализирането и коригирането на зоната с повишена плътност.
Тази стабилна двойка амплитуда и фаза е изходният материал за корекцията: знаейки колко голям е откликът 1× и където тези показатели позволяват на анализатора да изчисли размера и ъгъла на необходимото противотежест. Чист 1× пик с ниски аксиални вибрации сочи към дисбаланс; силна 2× компонента, от друга страна, предполага несъответствие или разхлабеност.
3. Трите вида дисбаланс
Статичен дисбаланс
Наричан още „дисбаланс на силите“, това е най-простият случай: масата е изместена в една равнина, като например една тежка точка върху тънък диск. Това явление се нарича статичен тъй като това се наблюдава при ротор в покой — поставен върху гладки остриета, роторът се върти, докато по-тежката точка се установи в долната част. Това се коригира с едно тегло, поставено на 180° срещу по-тежката точка, в областта на балансиране в една равнина.
Дисбаланс в двойката
Тук две еднакви тежести са разположени в противоположните краища на ротора, на 180° една от друга. Те се неутрализират като нетна сила, но образуват двойка — въртящ момент, който се опитва да завърти ротора наопаки. Ротор с чисто въртящ дисбаланс е статично балансиран (няма да се преобърне), но при въртене вибрира силно. За коригирането са необходими две тежести в две различни равнини, които да противодействат на въртящия момент.
Динамичен дисбаланс
Динамичният дисбаланс, който се наблюдава при почти всички реални машини, представлява комбинация от статични и въртящи се компоненти. Коригирането му изисква промени в масата в поне две равнини по протежението на ротора — процесът на динамично (двуплоскостно) балансиране. Сходният случай, при който статичният ефект и ефектът на въртящия момент заемат една и съща ъглова позиция, се нарича квазистатичен дисбаланс.
4. Чести причини за дисбаланс
Дисбалансът може да е налице още при производството или да възникне по време на експлоатацията. Типични причини за това са:
- Производствени дефекти: Порьозност в отливките, неравномерна плътност на материала и допуски при обработка.
- Грешки при сглобяването: неправилно монтирани компоненти, неравномерно затегнати болтове или неправилно подравнени ключове, които нарушават разпределението на масата.
- Износване: неравномерна ерозия, корозия или износване върху лопатките на вентилатора и помпата работни колела.
- Натрупване на материал: натрупване на мръсотия, прах или остатъци от продукта върху роторите на вентилатори, въздуходувки и центрофуги.
- Отказ на компонент: Изхвърленото противотежест или счупеното острие веднага води до сериозен дисбаланс.
5. Защо е от решаващо значение да се коригира дисбалансът
Работата на машината при значителен дисбаланс води до постепенно увреждане, тъй като въртящата сила подлага конструкцията на циклични натоварвания при всяко завъртане:
- Преждевременна повреда на лагера: лагерите понасят големи динамични натоварвания и се износват бързо.
- Умора и напукване: натрупва се циклично напрежение умора повреди в шахтата, фундамента и конструкцията.
- Намалена ефективност: енергията се разсейва под формата на вибрации и топлина, вместо да се превърне в полезна работа.
- Рискове за безопасността: Сериозният дисбаланс може да доведе до катастрофална повреда.
6. Измерване, коригиране и определяне на допустимите отклонения при дисбаланс
Дисбалансът се отстранява чрез систематична процедура за балансиране — един от най-рентабилните начини за повишаване на надеждността на машините. При сглобена машина това се извършва на място, а не на балансираща машина. Преносим двуканален анализатор, като например Балансет-1а измерва амплитудата и фазата на 1×, изчислява ротора коефициенти на влияние from a пробно теглои съобщава на инженера масата и ъгъла на необходимата корекция за едно- или двуравнинно балансиране на полето. Тъй като работи в самите лагери на машината при работна скорост, той отразява реалното състояние на работа.
При балансирането никога не става въпрос за достигане на нула — а за това неравновесието да се сведе под определена граница. Тази граница произтича от клас на качеството на баланса (G-клас) system of ISO 21940-11 (която замени отдавна познатия стандарт ISO 1940-1). Наклонът и експлоатационната скорост се изразяват в допустима остатъчен дисбаланс в g·mm; безплатен Калкулатор за остатъчен дисбаланс (ISO 21940-11) превръща избрания наклон и оборотите в минута директно в допустимата стойност за всеки самолет.
