Част I: Теоретични и регулаторни основи на динамичното балансиране

Динамичното балансиране на място е една от ключовите операции в технологията за регулиране на вибрациите, насочена към удължаване на експлоатационния живот на промишленото оборудване и предотвратяване на аварийни ситуации. Използването на преносими инструменти като Balanset-1A позволява тези операции да се извършват директно на работната площадка, като се минимизират времето за престой и разходите, свързани с демонтажа. Успешното балансиране обаче изисква не само умение за работа с инструмента, но и задълбочено разбиране на физическите процеси, лежащи в основата на вибрациите, както и познаване на регулаторната рамка, регулираща качеството на работа.

Принципът на методологията се основава на инсталиране на пробни тежести и изчисляване на коефициентите на влияние на дисбаланса. Казано по-просто, инструментът измерва вибрациите (амплитуда и фаза) на въртящ се ротор, след което потребителят последователно добавя малки пробни тежести в определени равнини, за да „калибрира“ влиянието на допълнителната маса върху вибрациите. Въз основа на промените в амплитудата и фазата на вибрациите, инструментът автоматично изчислява необходимата маса и ъгъл на инсталиране на коригиращите тежести, за да елиминира дисбаланса.

Този подход реализира т. нар. трипроходен метод за двуплоскостно балансиране: първоначално измерване и два пробега с пробни тежести (по една във всяка равнина). За едноплоскостно балансиране обикновено са достатъчни два пробега - без тежест и с една пробна тежест. В съвременните инструменти всички необходими изчисления се извършват автоматично, което значително опростява процеса и намалява изискванията за квалификация на оператора.

Раздел 1.1: Физика на дисбаланса: Задълбочен анализ

В основата на всяка вибрация във въртящото се оборудване се крие дисбалансът или небалансът. Дисбалансът е състояние, при което масата на ротора е неравномерно разпределена спрямо оста му на въртене. Това неравномерно разпределение води до появата на центробежни сили, които от своя страна причиняват вибрации на опорите и цялата конструкция на машината. Последиците от неотстранения дисбаланс могат да бъдат катастрофални: от преждевременно износване и разрушаване на лагерите до повреда на фундамента и самата машина. За ефективна диагностика и отстраняване на дисбаланса е необходимо ясно да се разграничат неговите видове.

Видове дисбаланс

Машина за балансиране на ротори с компютърно управлявана система за наблюдение за измерване на статични и динамични сили за откриване на дисбаланси във въртящите се компоненти на електрическия двигател.

Статичен дисбаланс (едноравнинен): Този тип дисбаланс се характеризира с изместване на центъра на масата на ротора успоредно на оста на въртене. В статично състояние такъв ротор, монтиран върху хоризонтални призми, винаги ще се върти с тежката страна надолу. Статичният дисбаланс е доминиращ за тънки, дискови ротори, където съотношението дължина към диаметър (L/D) е по-малко от 0,25, например шлифовъчни дискове или тесни вентилаторни перки. Елиминирането на статичния дисбаланс е възможно чрез инсталиране на една коригираща тежест в една коригираща равнина, диаметрално противоположна на тежката точка.

Дисбаланс на двойка (момент): Този тип възниква, когато главната ос на инерция на ротора пресича оста на въртене в центъра на масата, но не е успоредна на нея. Чифтовият дисбаланс може да се представи като две равни по величина, но противоположно насочени небалансирани маси, разположени в различни равнини. В статично състояние такъв ротор е в равновесие и дисбалансът се проявява само по време на въртене под формата на „люлеене“ или „клатене“. За да се компенсира, е необходимо монтирането на поне две коригиращи тежести в две различни равнини, създаващи компенсиращ момент.

Техническа схема на апарат за изпитване на ротор на електродвигател с медни намотки, монтирани върху прецизни лагери, свързан с електронно оборудване за наблюдение за измерване на ротационната динамика.

Динамичен дисбаланс: Това е най-често срещаният вид дисбаланс в реални условия, представляващ комбинация от статичен и двоен дисбаланс. В този случай главната централна ос на инерция на ротора не съвпада с оста на въртене и не я пресича в центъра на масата. За да се елиминира динамичният дисбаланс, е необходима корекция на масата в поне две равнини. Двуканални инструменти като Balanset-1A са проектирани специално за решаване на този проблем.

Квазистатичен дисбаланс: Това е специален случай на динамичен дисбаланс, при който главната ос на инерцията пресича оста на въртене, но не в центъра на масата на ротора. Това е фино, но важно разграничение за диагностициране на сложни роторни системи.

Твърди и гъвкави ротори: критично разграничение

Една от основните концепции при балансирането е разграничението между твърди и гъвкави ротори. Това разграничение определя самата възможност и методология за успешно балансиране.

Твърд ротор: Роторът се счита за твърд, ако работната му честота на въртене е значително по-ниска от първата му критична честота и не претърпява значителни еластични деформации (отклонения) под действието на центробежни сили. Балансирането на такъв ротор обикновено се извършва успешно в две корекционни равнини. Инструментите Balanset-1A са предназначени предимно за работа с твърди ротори.

Гъвкав ротор: Роторът се счита за гъвкав, ако работи с честота на въртене, близка до една от критичните му честоти или я надвишава. В този случай еластичното отклонение на вала става сравнимо с изместването на центъра на масата и самото по себе си допринася значително за общите вибрации.

Опитът за балансиране на гъвкав ротор, използвайки методологията за твърди ротори (в две равнини), често води до повреда. Инсталирането на коригиращи тежести може да компенсира вибрациите при ниска, подрезонансна скорост, но при достигане на работна скорост, когато роторът се огъва, същите тези тежести могат да увеличат вибрациите, като възбудят един от режимите на огъващи вибрации. Това е една от ключовите причини, поради които балансирането „не работи“, въпреки че всички действия с инструмента се извършват правилно. Преди започване на работа е изключително важно роторът да се класифицира чрез съпоставяне на работната му скорост с известни (или изчислени) критични честоти.

Ако е невъзможно да се избегне резонансът (например, ако машината има фиксирана скорост, съвпадаща с резонансната), се препоръчва временно да се променят условията на монтаж на устройството (например, да се разхлаби твърдостта на опората или да се монтират временно еластични уплътнения) по време на балансирането, за да се измести резонансът. След отстраняване на дисбаланса на ротора и възстановяване на нормалните вибрации, машината може да се върне към стандартни условия на монтаж.

Раздел 1.2: Регулаторна рамка: ISO стандарти

Стандартите в областта на балансирането изпълняват няколко ключови функции: те установяват унифицирана техническа терминология, определят изискванията за качество и, което е важно, служат като основа за компромис между техническата необходимост и икономическата осъществимост. Прекомерните изисквания за качество при балансирането са неблагоприятни, така че стандартите помагат да се определи до каква степен е препоръчително да се намали дисбалансът. Освен това, те могат да се използват в договорни отношения между производители и клиенти за определяне на критериите за приемане.

ISO 1940-1-2007 (ISO 1940-1): Изисквания за качество при балансиране на твърди ротори

Софтуер за преносим балансьор и анализатор на вибрации Balanset-1A. Калкулатор за толеранс на баланс (ISO 1940)

Този стандарт е основният документ за определяне на допустимия остатъчен дисбаланс. Той въвежда концепцията за степен на качество на балансиране (G), която зависи от типа на машината и нейната работна честота на въртене.

Степен на качество G: Всеки тип оборудване съответства на специфичен клас на качество, който остава постоянен, независимо от скоростта на въртене. Например, клас G6.3 се препоръчва за трошачки, а G2.5 за котви на електродвигатели и турбини.

Изчисляване на допустимия остатъчен дисбаланс (U_на): Стандартът позволява изчисляване на специфична допустима стойност на дисбаланс, която служи като целеви индикатор по време на балансиране. Изчислението се извършва на два етапа:

1. Определяне на допустим специфичен дисбаланс (e_на) използвайки формулата:
   e_на = (G × 9549) / n
   където G е степента на качество на балансиране (например 2.5), n е работната честота на въртене, об/мин. Единицата за измерване на e_на е g·mm/kg или μm.
2. Определяне на допустимия остатъчен дисбаланс (U_на) за целия ротор:
   U_на = e_на × М
   където M е масата на ротора, kg. Единицата за измерване за U_на е г·мм.

Например, за ротор на електродвигател с маса 5 kg, работещ при 3000 оборота в минута с клас на качество G2.5, изчислението би било:

e_на = (2,5 × 9549) / 3000 ≈ 7,96 μm (или g·mm/kg).

U_на = 7,96 × 5 = 39,8 г·мм.

Това означава, че след балансиране, остатъчният дисбаланс не трябва да надвишава 39,8 g·mm.

Използването на стандарта трансформира субективната оценка „вибрацията е все още твърде висока“ в обективен, измерим критерий. Ако окончателният отчет за балансиране, генериран от софтуера на инструмента, покаже, че остатъчният дисбаланс е в рамките на ISO допустимото отклонение, работата се счита за извършена качествено, което защитава изпълнителя в спорни ситуации.

ISO 20806-2007 (ISO 20806): Балансиране на място

Този стандарт директно регулира процеса на балансиране на полето.

Предимства: Основното предимство на балансирането на място е, че роторът е балансиран в реални работни условия, върху опорите си и под работно натоварване. Това автоматично отчита динамичните свойства на опорната система и влиянието на свързаните компоненти на валовата верига, които не могат да бъдат моделирани на балансираща машина.

Недостатъци и ограничения: Стандартът посочва и съществени недостатъци, които трябва да се вземат предвид при планирането на работата.

• Ограничен достъп: Често достъпът до корекционните равнини на сглобена машина е труден, което ограничава възможностите за монтаж на тежести.
• Необходимост от пробни пускания: Процесът на балансиране изисква няколко цикъла "старт-стоп" на машината, което може да е неприемливо от гледна точка на производствения процес и икономическата ефективност.
• Трудност при тежък дисбаланс: В случаи на много голям начален дисбаланс, ограниченията върху избора на равнина и масата на коригиращата тежест може да не позволят постигане на необходимото качество на балансиране.

Други съответни стандарти

За пълнота следва да се споменат и други стандарти, като например серията ISO 21940 (заменяща ISO 1940), ISO 8821 (регулиращ отчитането на ключовото влияние) и ISO 11342 (за гъвкави ротори).

Част II: Практическо ръководство за балансиране с инструменти Balanset-1A

Успехът на балансирането зависи от щателността на подготвителната работа. Повечето повреди не са свързани с неизправност на инструмента, а с игнориране на фактори, влияещи върху повторяемостта на измерването. Основният принцип на подготовката е да се изключат всички други възможни източници на вибрации, така че инструментът да измерва само ефекта от дисбаланса.

Раздел 2.1: Основа на успеха: Диагностика преди балансиране и подготовка на машината

Преди свързването на инструмента е необходимо да се извърши пълна диагностика и подготовка на механизма.

Стъпка 1: Първична вибрационна диагностика (Наистина ли е дисбаланс?)

Преди балансиране е полезно да се извърши предварително измерване на вибрациите в режим на виброметър. Софтуерът Balanset-1A има режим "Виброметър" (бутон F5), където можете да измерите общата вибрация и отделно компонента при честота на въртене (1×), преди да инсталирате каквито и да е тежести. Такава диагностика помага да се разбере естеството на вибрациите: ако амплитудата на основния ротационен хармоник е близка до общата вибрация, тогава доминиращият източник на вибрации най-вероятно е дисбаланс на ротора и балансирането е ефективно. Също така, показанията на фазата и вибрациите от измерване до измерване трябва да са стабилни и да не се променят с повече от 5-10%.

Използвайте инструмента в режим на виброметър или спектрален анализатор (FFT) за предварителна оценка на състоянието на машината.

Класически признак за дисбаланс: Спектърът на вибрациите трябва да бъде доминиран от пик при честотата на въртене на ротора (пик при честота 1x RPM). Амплитудата на този компонент в хоризонтална и вертикална посока трябва да е сравнима, а амплитудите на другите хармоници трябва да са значително по-ниски.

Признаци на други дефекти: Ако спектърът съдържа значителни пикове при други честоти (напр. 2x, 3x RPM) или при некратни честоти, това показва наличието на други проблеми, които трябва да бъдат отстранени преди балансиране. Например, пик при 2x RPM често показва несъосност на вала.

Стъпка 2: Цялостна механична проверка (контролен списък)

Ротор: Почистете старателно всички повърхности на ротора (лопатки на вентилатора, чукове на трошачка и др.) от замърсявания, ръжда, полепнали продукти. Дори малко количество замърсявания на голям радиус създава значителен дисбаланс. Проверете за липса на счупени или липсващи елементи (лопатки, чукове), хлабави части.

Лагери: Проверете лагерните възли за прекомерен луфт, външен шум и прегряване. Износените лагери с голяма хлабина няма да позволят получаване на стабилни показания и ще направят балансирането невъзможно. Необходимо е да се провери прилягането на роторните шии към лагерните черупки и хлабините.

Основа и рамка: Уверете се, че устройството е монтирано върху твърда основа. Проверете затягането на анкерните болтове, липсата на пукнатини в рамката. Наличието на "мека опора" (когато едната опора не пасва на основата) или недостатъчната твърдост на носещата конструкция ще доведе до поглъщане на вибрационна енергия и нестабилни, непредсказуеми показания.

Карам: За ремъчни задвижвания проверете опъването и състоянието на ремъка. За съединителни връзки - центровката на вала. Несъответствието може да създаде вибрации при честота 2x RPM, което ще изкриви измерванията при честота на въртене.

Безопасност: Осигурете наличието и изправността на всички защитни предпазни средства. Работната зона трябва да е свободна от чужди предмети и хора.

Раздел 2.2: Настройка и конфигурация на инструмента

Правилната инсталация на сензорите е ключът към получаването на точни и надеждни данни.

Инсталиране на хардуер

Сензори за вибрации (акселерометри):

• Свържете кабелите на сензорите към съответните конектори на инструмента (напр. X1 и X2 за Balanset-1A).
• Монтирайте сензори върху корпусите на лагерите възможно най-близо до ротора.
• Ключова практика: За да се получи максимален сигнал (най-висока чувствителност), сензорите трябва да се монтират в посоката, където вибрациите са максимални. За повечето хоризонтално разположени машини това е хоризонталната посока, тъй като коравината на основата в тази равнина обикновено е по-ниска. Използвайте мощна магнитна основа или резбовано крепление, за да осигурите твърд контакт. Лошо закрепеният сензор е една от основните причини за получаване на неверни данни.

Фазов сензор (лазерен тахометър):

• Свържете сензора към специалния вход (X3 за Balanset-1A).
• Прикрепете малко парче светлоотразителна лента към вала или друга въртяща се част на ротора. Лентата трябва да е чиста и да осигурява добър контраст.
• Монтирайте тахометъра на магнитната му стойка, така че лазерният лъч да достига стабилно маркировката по време на цялото оборот. Уверете се, че инструментът показва стабилна стойност на оборотите в минута (RPM).

Ако сензорът „пропуска“ маркировката или обратното, дава допълнителни импулси, трябва да коригирате или ширината/цвета на маркировката, или чувствителността/ъгъла на сензора. Например, ако има лъскави елементи върху ротора, те могат да бъдат покрити с матово тиксо, за да не отразяват лазера. Когато работите на открито или в ярко осветени помещения, ако е възможно, предпазвайте сензора от пряка светлина, тъй като ярката светлина може да създаде смущения за фазовия сензор.

Конфигурация на софтуера (Balanset-1A)

• Стартирайте софтуера (като администратор) и свържете USB интерфейсния модул.
• Отидете в модула за балансиране. Създайте нов запис за балансирания елемент, като въведете неговото име, маса и други налични данни.
• Изберете тип балансиране: 1-равнинно (статично) за тесни ротори или 2-равнинно (динамично) за повечето други случаи.
• Дефинирайте корекционни равнини: изберете места върху ротора, където коригиращите тежести могат да бъдат монтирани безопасно и надеждно (напр. заден диск на работното колело на вентилатора, специални канали на вала).

Раздел 2.3: Процедура за балансиране: Ръководство стъпка по стъпка

Процедурата се основава на метода на коефициента на влияние, при който инструментът „изучава“ как роторът реагира на инсталирането на известна маса. Инструментите Balanset-1A автоматизират този процес.

Такъв подход реализира т. нар. метод на трите измервания за двуплоскостно балансиране: първоначално измерване и две измервания с пробни тежести (по една във всяка равнина).

Изпълнение 0: Първоначално измерване

• Стартирайте машината и я стабилизирайте до стабилна работна скорост. Изключително важно е скоростта на въртене да е еднаква при всички следващи пускания.
• В програмата стартирайте измерването. Уредът ще запише началните стойности на амплитудата и фазата на вибрациите (т.нар. начален вектор "O").

Апарат за изпитване на индустриални двигатели с медно навит ротор, монтиран върху прецизни лагери, с компютърно управлявана система за мониторинг за анализ и диагностика на електрическите характеристики.

Софтуерен интерфейс за динамично балансиране в две равнини, показващ данни от вибрационен анализ с времеви вълнови форми и честотни спектрални диаграми за диагностика на въртящи се машини.

Пробно изпитание 1: Пробно тегло в равнина 1

• Спрете машината.
• Избор на пробно тегло: Това е най-критичната стъпка, в зависимост от оператора. Масата на пробната тежест трябва да е достатъчна, за да предизвика забележима промяна в параметрите на вибрациите (промяна на амплитудата от поне 20-30% ИЛИ промяна на фазата от поне 20-30 градуса). Ако промяната е твърде малка, точността на изчисление ще бъде ниска. Това се случва, защото слабият полезен сигнал от пробната тежест се „дави“ в системния шум (хлабина на лагерите, турбулентност на потока), което води до неправилно изчисляване на коефициента на влияние.
• Монтаж на пробна тежест: Закрепете здраво претеглената пробна тежест (m_t) при известен радиус (r) в равнина 1. Креплението трябва да издържа на центробежна сила. Запишете ъгловото положение на тежестта спрямо фазовата маркировка.
• Стартирайте машината със същата стабилна скорост.
• Извършете второто измерване. Инструментът ще запише новия вектор на вибрациите („O+T“).
• Спрете машината и ОТСТРАНЕТЕ пробната тежест (освен ако програмата не посочва друго).

3D рендеринг на установка за тестване на ротор на електродвигател с медни намотки, монтирани върху прецизно балансиращо оборудване, свързани с диагностични сензори и лаптоп за анализ на производителността.

Софтуерен интерфейс за динамично балансиране в две равнини, показващ вибрационен анализ с времеви вълнови форми и честотен спектър за балансиране на въртящи се машини при ~2960 об/мин.

Изпълнение 2: Пробна тежест в равнина 2 (за балансиране в 2 равнини)

• Повторете точно процедурата от стъпка 2, но този път инсталирайте пробната тежест в равнина 2.
• Стартирайте, измерете, спрете и МАХНЕТЕ пробната тежест.

Апарат за тестване на индустриални двигатели с медни намотки, монтирани на опорни стойки, с контролирана от лаптоп диагностика за анализ на производителността и ефективността на електродвигателя.

Двуплоскостен интерфейс за динамично балансираща машина, показващ резултати от вибрационен анализ и изчисления за корекция на масата за въртящо се оборудване, с показания за остатъчен дисбаланс.

Изчисляване и монтаж на коригиращи тежести

• Въз основа на промените във вектора, регистрирани по време на пробните изпълнения, програмата автоматично ще изчисли масата и ъгъла на монтаж на коригиращата тежест за всяка равнина.
• Ъгълът на монтаж обикновено се измерва от мястото на пробната тежест по посока на въртенето на ротора.
• Закрепете здраво постоянните коригиращи тежести. Когато използвате заваряване, не забравяйте, че самата заварка също има маса. Когато използвате болтове, тяхната маса трябва да се вземе предвид.

3D рендиран модел на голяма електромагнитна бобина или статор на двигател, монтиран върху тестов апарат, с медни намотки и оборудване за мониторинг за електрически анализ и оценка на производителността.

Софтуерен интерфейс за динамична балансираща машина, показващ резултати от двуравнинно балансиране с корекционни маси от 0,290 g и 0,270 g под определени ъгли за елиминиране на вибрациите.

Двуравнинен динамичен балансиращ анализ, показващ полярни графики за корекция на ротора. Интерфейсът показва изисквания за добавяне на маса (0,290 g при 206° за равнина 1, 0,270 g при 9° за равнина 2), за да се минимизират вибрациите и да се постигне механичен баланс във въртящи се машини.

Изпълнение 3: Проверка на измерването и фино балансиране

• Стартирайте машината отново.
• Извършете контролно измерване, за да оцените нивото на остатъчните вибрации.
• Сравнете получената стойност с допустимото отклонение, изчислено съгласно ISO 1940-1.
• Ако вибрациите все още надвишават допустимото отклонение, инструментът, използвайки вече известни коефициенти на влияние, ще изчисли малка „фина“ (подравняваща) корекция. Инсталирайте тази допълнителна тежест и проверете отново. Обикновено един или два цикъла на фино балансиране са достатъчни.
• След завършване, запазете отчета и коефициентите на влияние за евентуална бъдеща употреба на подобни машини.

3D рендеринг на ротор на електродвигател върху тестово оборудване, включващ медни намотки със зелени диагностични индикатори и свързани измервателни устройства за анализ на качеството.

Софтуерен интерфейс за динамично балансиране в две равнини, показващ резултати от измервания на вибрациите и корекционни изчисления за въртящи се машини, показващ пробни маси, ъгли и стойности на остатъчен дисбаланс.

Част III: Разширено решаване на проблеми и отстраняване на неизправности

Този раздел е посветен на най-сложните аспекти на балансирането на полето - ситуации, при които стандартната процедура не дава резултати.

Динамичното балансиране включва въртене на масивни части, така че спазването на процедурите за безопасност е от решаващо значение. По-долу са изброени основните мерки за безопасност при балансиране на ротори на място:

Мерки за безопасност

Предотвратяване на случайно стартиране (Блокиране/Маркиране): Преди започване на работа е необходимо да се изключи захранването и задвижването на ротора. На пусковите устройства са окачени предупредителни табели, така че никой да не стартира машината по погрешка. Основният риск е внезапното стартиране на ротора по време на монтаж на тежести или сензори. Следователно, преди да се монтират пробни или коригиращи тежести, валът трябва да бъде надеждно спрян и стартирането му да е невъзможно без ваше знание. Например, изключете автоматичния превключвател на двигателя и окачете ключалка с етикет или отстранете предпазителите. Само след като се уверите, че роторът няма да стартира спонтанно, може да се извърши монтаж на тежести.

Лични предпазни средства: При работа с въртящи се части използвайте подходящи ЛПС. Предпазни очила или защитен щит за лице са задължителни, за да се предпазят от евентуално изхвърляне на малки части или тежести. Ръкавици - според случая (те ще предпазят ръцете по време на монтаж на тежести, но по време на измервания е по-добре да се работи без широки дрехи и ръкавици, които могат да се закачат за въртящи се части). Дрехите трябва да са плътно прилепнали, без хлабави краища. Дългата коса трябва да се пъхне под покривало за глава. Използване на тапи за уши или слушалки - при работа с шумни машини (балансирането на големи вентилатори например може да бъде съпроводено със силен шум). Ако се използва заваряване за закрепване на тежести - допълнително носете заваръчна маска, заваръчни ръкавици, отстранете запалими материали.

Опасна зона около машината: Ограничете достъпа на неупълномощени лица до зоната на балансиране. По време на тестови пускания около агрегата се монтират бариери или поне предупредителни ленти. Радиусът на опасната зона е най-малко 3-5 метра, а за големи ротори дори повече. Никой не трябва да се намира на линията на въртящите се части или близо до равнината на въртене на ротора по време на неговото ускорение. Бъдете готови за аварийни ситуации: операторът трябва да има под ръка бутон за аварийно спиране или да е близо до превключвателя на захранването, за да може незабавно да изключи агрегата в случай на външен шум, вибрации над допустимите нива или изхвърляне на тежест.

Надеждно закрепване на тежести: Когато закрепвате пробни или постоянни коригиращи тежести, обърнете специално внимание на тяхното фиксиране. Временните пробни тежести често се закрепват с болт към съществуващ отвор или се залепват със здрава лента/двустранна лента (за малки тежести и ниски скорости), или се заваряват с прихващане на няколко точки (ако е безопасно и материалът позволява). Постоянните коригиращи тежести трябва да се закрепват надеждно и дългосрочно: като правило те се заваряват, завинтват с болтове/винтове или се извършва пробиване на метал (отстраняване на маса) на необходимите места. Абсолютно е забранено да се оставя лошо закрепена тежест върху ротора (например с магнит без подпора или слабо лепило) по време на въртене - изхвърлената тежест се превръща в опасен снаряд. Винаги изчислявайте центробежната сила: дори 10-грамов болт при 3000 оборота в минута създава голяма сила на изхвърляне, така че приставката трябва да издържа на претоварвания с голям запас. След всяко спиране проверявайте дали приставката за пробна тежест се е разхлабила, преди да стартирате ротора отново.

Електрическа безопасност на оборудването: Уредът Balanset-1A обикновено се захранва от USB порта на лаптоп, което е безопасно. Но ако лаптопът е свързан към мрежа 220V чрез адаптер, трябва да се спазват общите мерки за електрическа безопасност - използвайте изправност, заземен контакт, не прокарвайте кабели през мокри или горещи зони, предпазвайте оборудването от влага. Забранено е разглобяването или ремонтът на уреда Balanset или неговото захранване, докато е свързан към мрежата. Всички сензорни връзки се извършват само при изключен уред (USB е изключен или захранването на лаптопа е премахнато). Ако на работното място има нестабилно напрежение или силни електрически смущения, препоръчително е лаптопът да се захранва от автономен източник (UPS, батерия), за да се избегнат смущения в сигналите или изключване на уреда.

Отчитане на характеристиките на ротора: Някои ротори може да изискват допълнителни предпазни мерки. Например, когато балансирате високоскоростни ротори, уверете се, че те не превишават допустимата скорост (да не се „отклоняват“). За тази цел могат да се използват тахометрични ограничения или честотата на въртене може да се провери предварително. Гъвкавите дълги ротори по време на въртене могат да преминат през критични скорости - бъдете готови за бързо намаляване на оборотите при прекомерни вибрации. Ако балансирането се извършва на устройство с работен флуид (напр. помпа, хидравлична система) - уверете се, че по време на балансирането няма да има подаване на флуид или други промени в натоварването.

Документация и комуникация: Съгласно правилата за безопасност на труда е желателно да имате инструкции за безопасно провеждане на балансиращи работи специално за вашето предприятие. Те трябва да предписват всички изброени мерки и евентуално допълнителни (например изисквания за присъствие на втори наблюдател, проверка на инструментите преди работа и др.). Запознайте целия екип, участващ в работата, с тези инструкции. Преди започване на експерименти проведете кратък инструктаж: кой какво прави, кога да сигнализира за спиране, какви конвенционални знаци да дава. Това е особено важно, ако един човек е на контролния панел, а друг на измервателното оборудване.

Спазването на изброените мерки ще минимизира рисковете по време на балансиране. Не забравяйте, че безопасността е по-важна от скоростта на балансиране. По-добре е да отделите повече време за подготовка и контрол, отколкото да допуснете инцидент. В практиката на балансиране са известни случаи, при които пренебрегването на правилата (например слабо закрепване на тежести) е довело до инциденти и наранявания. Затова подхождайте отговорно към процеса: балансирането е не само техническа, но и потенциално опасна операция, изискваща дисциплина и внимание.

Раздел 3.1: Диагностика и преодоляване на нестабилността на измерването („плаващи“ показания)

Симптом: При многократни измервания при идентични условия, показанията на амплитудата и/или фазата се променят значително („плаване“, „скок“). Това прави изчисляването на корекцията невъзможно.

Основна причина: Инструментът не е неизправен. Той точно отчита, че вибрационният отговор на системата е нестабилен и непредсказуем. Задачата на специалиста е да открие и отстрани източника на тази нестабилност.

Систематичен диагностичен алгоритъм:

• Механична хлабавост: Това е най-честата причина. Проверете затягането на монтажните болтове на корпуса на лагера, анкерните болтове на рамката. Проверете за пукнатини във фундамента или рамката. Отстранете "мекото стъпало".
• Дефекти на лагерите: Прекомерната вътрешна хлабина в търкалящите лагери или износването на лагерната обвивка позволява на вала да се движи хаотично вътре в опората, което води до нестабилни показания.
• Нестабилност, свързана с процеса:
  • Аеродинамични (вентилатори): Турбулентният въздушен поток и отделянето на потока от лопатките могат да причинят произволни силови ефекти върху работното колело.
  • Хидравлика (помпи): Кавитацията - образуването и свиването на парни мехурчета в течност - създава мощни, произволни хидравлични удари. Тези удари напълно маскират периодичния сигнал от дисбаланс и правят балансирането невъзможно.
  • Вътрешно движение на масата (трошачки, мелници): По време на работа материалът може да се движи и преразпределя вътре в ротора, действайки като „подвижен дисбаланс“.
• Резонанс: Ако работната скорост е много близка до естествената честота на конструкцията, дори малки промени в скоростта (50-100 об/мин) причиняват огромни промени в амплитудата и фазата на вибрациите. Балансирането в резонансната зона е невъзможно. Необходимо е да се проведе тест за движение по инерция (при спиране на машината), за да се определят резонансните пикове и да се избере скорост за балансиране, която е отдалечена от тях.
• Термични ефекти: С нагряването на машината, термичното разширение може да причини огъване на вала или промени в центровката, което води до „дрейф“ на показанията. Необходимо е да се изчака, докато машината достигне стабилен термичен режим и да се извършват всички измервания при тази температура.
• Влияние на съседно оборудване: Силни вибрации от съседни работещи машини могат да се предават през пода и да изкривят измерванията. Ако е възможно, изолирайте балансирания уред или спрете източника на смущения.

Раздел 3.2: Когато балансирането не помага: Идентифициране на коренови дефекти

Симптом: Процедурата по балансиране е извършена, показанията са стабилни, но крайната вибрация остава висока. Или балансирането в една равнина влошава вибрациите в друга.

Основна причина: Повишената вибрация не се причинява от обикновен дисбаланс. Операторът се опитва да реши проблем с геометрията или повредата на компонента с метод за корекция на масата. Неуспешен опит за балансиране в този случай е успешен диагностичен тест, който доказва, че проблемът не е дисбаланс.

Използване на спектрален анализатор за диференциална диагноза:

• Разминаване на валовете: Основен признак - висок пик на вибрации при честота 2x RPM, често съпроводен от значителен пик при 1x RPM. Характерна е и високата аксиална вибрация. Опитите за "балансиране" на несъосността са обречени на провал. Решение - извършете качествено центроване на валовете.
• Дефекти на търкалящите лагери: Проявяват се като високочестотни вибрации в спектъра при характерни „носещи“ честоти (BPFO, BPFI, BSF, FTF), които не са кратни на ротационната честота. Функцията FFT в инструментите Balanset помага за откриване на тези пикове.
• Двигател на вала: Проявява се като висок пик при 1x RPM (подобно на дисбаланс), но често е съпроводен от забележим компонент при 2x RPM и висока аксиална вибрация, което прави картината подобна на комбинация от дисбаланс и несъосност.
• Електрически проблеми (електродвигатели): Асиметрията на магнитното поле (например поради дефекти в роторните пръти или ексцентричност на въздушната междина) може да причини вибрации при два пъти по-висока от честотата на захранване (100 Hz за мрежа от 50 Hz). Тези вибрации не се елиминират чрез механично балансиране.

Пример за сложна причинно-следствена връзка е кавитацията в помпа. Ниското входно налягане води до кипене на течността и образуване на парни мехурчета. Последващото им свиване върху работното колело причинява два ефекта: 1) ерозионно износване на лопатките, което с течение на времето всъщност променя баланса на ротора; 2) мощни произволни хидравлични удари, които създават широколентов вибрационен „шум“, маскирайки напълно полезния сигнал от дисбаланс и правейки показанията нестабилни. Решението не е балансиране, а елиминиране на хидравличната причина: проверка и почистване на смукателната линия, осигуряване на достатъчен запас от кавитация (NPSH).

Често срещани грешки при балансиране и съвети за предотвратяване

При балансиране на ротори, особено в полеви условия, начинаещите често се сблъскват с типични грешки. По-долу са изброени често срещани грешки и препоръки как да ги избегнем:

Балансиране на дефектен или замърсен ротор: Една от най-честите грешки е опитът за балансиране на ротор, който има други проблеми: износени лагери, луфт, пукнатини, полепнали замърсявания и др. В резултат на това, дисбалансът може да не е основната причина за вибрациите и след дълги опити вибрациите остават високи. Съвет: винаги проверявайте състоянието на механизма преди балансиране.

Пробното тегло е твърде малко: Често срещана грешка е инсталирането на пробна тежест с недостатъчна маса. В резултат на това влиянието ѝ се заглушава от шум от измерването: фазата едва се измества, амплитудата се променя само с няколко процента и изчислението на коригиращата тежест става неточно. Съвет: стремете се към правилото за промяна на вибрациите 20-30%. Понякога е по-добре да направите няколко опита с различни пробни тежести (като запазите най-успешния вариант) - инструментът позволява това, вие просто ще презапишете резултата от Първи пробен пуск. Също така обърнете внимание: използването на твърде голяма пробна тежест също е нежелателно, тъй като може да претовари опорите. Изберете пробна тежест с такава маса, че при инсталиране амплитудата на вибрациите 1× да се промени с поне една четвърт спрямо оригинала. Ако след първия пробен пуск видите, че промените са малки - смело увеличете масата на пробната тежест и повторете измерването.

Неспазване на постоянството на режима и резонансни ефекти: Ако по време на балансиране между различните цикли роторът се е въртял със значително различни скорости или по време на измерване скоростта е "плавала", резултатите ще бъдат неправилни. Също така, ако скоростта е близка до резонансната честота на системата, вибрационният отговор може да бъде непредсказуем (големи фазови измествания, разсейване на амплитудата). Грешката е игнорирането на тези фактори. Съвет: винаги поддържайте стабилна и идентична скорост на въртене по време на всички измервания. Ако задвижването има регулатор, задайте фиксирани обороти (например точно 1500 оборота в минута за всички измервания). Избягвайте преминаване през критични за структурата скорости. Ако забележите, че от цикъл на цикъл фазата "скача" и амплитудата не се повтаря при едни и същи условия - подозирайте резонанс. В такъв случай опитайте да намалите или увеличите скоростта с 10-15% и повторете измерванията или променете твърдостта на инсталацията на машината, за да намалите резонанса. Задачата е да се изведе режимът на измерване извън резонансната зона, в противен случай балансирането е безсмислено.

Грешки във фазата и маркировката: Понякога потребителят се обърква с ъгловите измервания. Например, неправилно посочва откъде да се отчита ъгълът на монтаж на тежестта. В резултат на това тежестта се монтира, а не там, където инструментът е изчислил. Съвет: внимателно следете определянето на ъгъла. В Balanset-1A ъгълът на коригиращата тежест обикновено се измерва от позицията на пробната тежест по посока на въртене. Тоест, ако инструментът показва, да речем, "Равнина 1: 45°", това означава - от точката, където е била пробната тежест, измерете 45° по посока на въртене. Например, стрелките на часовника се въртят "по часовниковата стрелка" и роторът се върти "по часовниковата стрелка", така че 90 градуса ще бъдат там, където е 3 часа на циферблата. Някои инструменти (или програми) могат да измерват фазата от маркировката или в обратната посока - винаги четете инструкциите на конкретното устройство. За да избегнете объркване, можете да маркирате директно върху ротора: маркирайте позицията на пробната тежест като 0°, след това посочете посоката на въртене със стрелка и, използвайки транспортир или хартиен шаблон, измерете ъгъла за постоянната тежест.

Внимание: по време на балансиране тахометърът не може да се мести. Той винаги трябва да е насочен към една и съща точка по окръжността. Ако фазовата маркировка е била изместена или фазовият сензор е бил преинсталиран - цялата фазова картина ще бъде нарушена.

Неправилно закрепване или загуба на тежести: Случва се прибързано тежестта да се завинти лошо и при следващото стартиране да падне или да се измести. Тогава всички измервания на този пробег са безполезни и най-важното - опасно е. Или друга грешка - забравяне да се премахне пробната тежест, когато методиката изисква премахването ѝ, и в резултат на това инструментът смята, че тя не е там, но е останала на ротора (или обратното - програмата е очаквала да я остави, но вие сте я премахнали). Съвет: стриктно спазвайте избраната методика - ако тя изисква премахване на пробната тежест, преди да монтирате втората, премахнете я и не забравяйте за нея. Използвайте контролен списък: „пробна тежест 1 премахната, пробна тежест 2 премахната“ - преди изчислението се уверете, че няма допълнителни маси върху ротора. Когато закрепвате тежести, винаги проверявайте тяхната надеждност. По-добре отделете допълнителни 5 минути за пробиване или затягане на болтове, отколкото по-късно да търсите изхвърлената част. Никога не стойте в равнината на евентуално изхвърляне на тежестта по време на въртене - това е правило за безопасност и в случай на грешка също.

Неизползване на възможностите на инструмента: Някои оператори несъзнателно игнорират полезните функции на Balanset-1A. Например, те не запазват коефициенти на влияние за подобни ротори, не използват графики на движение по инерция и спектрален режим, ако инструментът ги предоставя. Съвет: запознайте се с ръководството за употреба на инструмента и използвайте всички негови опции. Balanset-1A може да изгражда графики на промените в вибрациите по време на движение по инерция (полезно за откриване на резонанс), да провежда спектрален анализ (помага да се гарантира, че 1× хармоникът преобладава) и дори да измерва относителните вибрации на вала чрез безконтактни сензори, ако такива са свързани. Тези функции могат да предоставят ценна информация. Освен това, запазените коефициенти на влияние ще позволят балансиране на подобен ротор следващия път без пробни тежести - едно пускане ще бъде достатъчно, спестявайки време.

В обобщение, всяка грешка е по-лесна за предотвратяване, отколкото за коригиране. Внимателното отношение към подготовката, стриктното спазване на методологията на измерване, използването на надеждни средства за закрепване и прилагането на логиката на инструмента са ключовете за успешно и бързо балансиране. Ако нещо се обърка - не се колебайте да прекъснете процеса, анализирайте ситуацията (евентуално с помощта на вибрационна диагностика) и едва след това продължете. Балансирането е итеративен процес, изискващ търпение и точност.

Пример за настройка и калибриране на практика:

Представете си, че трябва да балансираме ротори на два еднакви вентилационни агрегата. Настройката на инструмента се извършва за първия вентилатор: инсталираме софтуера, свързваме сензори (два на опори, оптичен на стойка), подготвяме вентилатора за стартиране (отстраняваме корпуса, поставяме маркировка). Извършваме балансиране на първия вентилатор с пробни тежести, инструментът изчислява и предлага корекция - инсталираме я, постигаме намаляване на вибрациите до стандартите. След това запазваме файла с коефициентите (чрез менюто на инструмента). Сега, преминавайки към втория идентичен вентилатор, можем да заредим този файл. Инструментът ще поиска незабавно да извърши контролен цикъл (по същество, измерване Run 0 за втория вентилатор) и, използвайки предварително заредени коефициенти, незабавно ще предостави маси и ъгли на коригиращи тежести за втория вентилатор. Инсталираме тежести, стартираме - и получаваме значително намаляване на вибрациите от първия опит, обикновено в рамките на допустимото отклонение. По този начин, настройката на инструмента със запазване на калибровъчни данни на първата машина позволи драстично намаляване на времето за балансиране за втората. Разбира се, ако вибрациите на втория вентилатор не намалеят до стандартните, могат да се извършат допълнителни цикли с пробни тежести поотделно, но често запазените данни се оказват достатъчни.

Балансиране на стандартите за качество

Част IV: Често задавани въпроси и бележки за приложение

Този раздел обобщава практически съвети и отговаря на въпроси, които най-често възникват сред специалистите в полеви условия.

Раздел 4.1: Общи често задавани въпроси (ЧЗВ)

Кога да се използва балансиране в 1 равнина и кога в 2 равнини?
Използвайте едноравнинно (статично) балансиране за тесни ротори с форма на диск (съотношение L/D < 0,25), където дисбалансът на двойката е незначителен. Използвайте двуплоскостно (динамично) балансиране за практически всички останали ротори, особено с L/D > 0,25 или работещи с високи скорости.

Какво да направите, ако пробната тежест е причинила опасно увеличение на вибрациите?
Незабавно спрете машината. Това означава, че пробната тежест е била монтирана близо до съществуващата тежка точка, което е утежнило дисбаланса. Решението е просто: преместете пробната тежест на 180 градуса от първоначалното ѝ положение.

Могат ли запазените коефициенти на влияние да се използват за друга машина?
Да, но само ако другата машина е абсолютно идентична - същият модел, същият ротор, същата основа, същите лагери. Всяка промяна в структурната твърдост ще промени коефициентите на влияние, което ще ги направи невалидни. Най-добрата практика е винаги да се провеждат нови пробни пускания за всяка нова машина.

Как да се отчитат шпонковите канали? (ISO 8821)
Стандартната практика (освен ако не е посочено друго в документацията) е да се използва "полушпонка" в шпонковия канал на вала при балансиране без свързващата част. Това компенсира масата на онази част от шпонката, която запълва канала на вала. Използването на пълна шпонка или балансиране без шпонка ще доведе до неправилно балансиран монтаж.

Кои са най-важните мерки за безопасност?

• Електрическа безопасност: Използвайте схема на свързване с два последователни превключвателя, за да предотвратите случайно „избягване“ на ротора. Прилагайте процедури за блокиране и маркиране (LOTO) при монтаж на тежести. Работата трябва да се извършва под наблюдение, работната зона трябва да бъде оградена.
• Механична безопасност: Не работете с широки дрехи с пърхащи елементи. Преди да започнете, уверете се, че всички предпазни средства са на мястото си. Никога не докосвайте въртящите се части и не се опитвайте да спирате ротора ръчно. Уверете се, че коригиращите тежести са закрепени толкова надеждно, че да не се превърнат в предмети.
• Обща производствена култура: Поддържайте чистотата на работното място, не претрупвайте пътеките.

Раздел 4.2: Ръководство за балансиране на специфични типове оборудване

Промишлени вентилатори и димоуловители:

• проблем: Най-податливи на дисбаланс поради натрупване на продукт върху остриетата (увеличаване на масата) или абразивно износване (загуба на маса).
• Процедура: Винаги почиствайте старателно работното колело преди да започнете работа. Балансирането може да изисква няколко етапа: първо самото работно колело, след това сглобяване с вала. Обърнете внимание на аеродинамичните сили, които могат да причинят нестабилност.

Помпи:

• проблем: Основен враг - кавитация.
• Процедура: Преди балансиране, осигурете достатъчен запас от кавитация на входа (NPSHa). Проверете дали смукателният тръбопровод или филтърът не са запушени. Ако чувате характерен "чакълест" шум и вибрациите са нестабилни, първо отстранете хидравличния проблем.

Трошачки, смилачки и мулчери:

• проблем: Екстремно износване, възможност за големи и внезапни промени в дисбаланса поради счупване или износване на чука/биещия механизъм. Роторите са тежки и работят под големи ударни натоварвания.
• Процедура: Проверете целостта и закрепването на работните елементи. Поради силни вибрации може да се наложи допълнително закрепване на рамката на машината към пода, за да се получат стабилни показания.

Арматура на електродвигатели:

• проблем: Може да има както механични, така и електрически източници на вибрации.
• Процедура: Използвайте спектрален анализатор, за да проверите за вибрации при двойна честота на захранването (напр. 100 Hz). Наличието им показва електрическа неизправност, а не дисбаланс. За котви на постояннотокови двигатели и асинхронни двигатели се прилага стандартната процедура за динамично балансиране.

Заключение

Динамичното балансиране на ротори на място с помощта на преносими инструменти като Balanset-1A е мощен инструмент за повишаване на надеждността и ефективността на работата на промишленото оборудване. Анализът обаче показва, че успехът на тази процедура зависи не толкова от самия инструмент, колкото от квалификацията на специалиста и способността му да прилага систематичен подход.

Ключовите заключения на това ръководство могат да бъдат сведени до няколко основни принципа:

Подготовката определя резултата: Цялостното почистване на ротора, проверката на състоянието на лагерите и основата, както и предварителната вибрационна диагностика за изключване на други дефекти, са задължителни условия за успешно балансиране.

Спазването на стандартите е основата на качеството и правната защита: Прилагането на ISO 1940-1 за определяне на допустимите отклонения на остатъчен дисбаланс превръща субективната оценка в обективен, измерим и правно значим резултат.

Инструментът е не само балансьор, но и диагностичен инструмент: Невъзможността за балансиране на механизъм или нестабилността на отчитането не са повреди на инструмента, а важни диагностични признаци, показващи наличието на по-сериозни проблеми, като например несъосност, резонанс, дефекти на лагерите или технологични нарушения.

Разбирането на физиката на процесите е ключово за решаването на нестандартни задачи: Познаването на разликите между твърди и гъвкави ротори, разбирането на резонансното влияние, термичните деформации и технологичните фактори (напр. кавитация) позволява на специалистите да вземат правилни решения в ситуации, където стандартните инструкции стъпка по стъпка не работят.

По този начин, ефективното балансиране на полето е синтез на прецизни измервания, извършвани със съвременни инструменти, и задълбочен аналитичен подход, базиран на познания за теорията на вибрациите, стандартите и практическия опит. Следването на препоръките, изложени в това ръководство, ще позволи на техническите специалисти не само успешно да се справят с типични задачи, но и ефективно да диагностицират и решават сложни, нетривиални проблеми с вибрациите на въртящо се оборудване.