Pochopení vyvažování ve více rovinách

Zařízení

Přenosný vyvažovač a analyzátor vibrací Balanset-1A

$2,358.31

Díly

Snímač vibrací

$107.47

Díly

Optický senzor (laserový otáčkoměr)

$148.07

Zařízení

Balanset-4

$8,123.32

Díly

Magnetický stojan Insize-60-kgf

$54.93

Díly

Reflexní páska

$11.94

Zařízení

Dynamický balancer "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definice: Co je to vícerovinné vyvažování?

Vyvažování ve více rovinách je pokročilý vyvažování postup, který používá tři nebo více korekční roviny rozložené po celé délce rotoru pro dosažení přijatelných úrovní vibrací. Tato technika je nezbytná pro flexibilní rotory—rotory, které se během provozu výrazně ohýbají nebo prohýbají, protože běží rychlostí vyšší než jedna nebo více kritické rychlosti.

Zatímco vyvažování ve dvou rovinách Je-li pro většinu tuhých rotorů dostatečné, vícerovinné vyvažování rozšiřuje tento princip tak, aby zohledňovalo složité tvary vychýlení (tvary módů), které flexibilní rotory vykazují při vysokých rychlostech.

Kdy je nutné vícerovinné vyvažování?

Vyvažování ve více rovinách je nezbytné v několika specifických situacích:

1. Flexibilní rotory pracující nad kritickými otáčkami

Nejběžnější aplikací je flexibilní rotory—dlouhé, štíhlé rotory, které pracují při rychlostech vyšších než jejich první (a někdy i druhá nebo třetí) kritická rychlost. Mezi příklady patří:

• Rotory parních a plynových turbín
• Vysokorychlostní hřídele kompresorů
• Role papírenského stroje
• Velké rotory generátoru
• Rotory centrifug
• Vysokorychlostní vřetena

Tyto rotory se během provozu značně ohýbají a tvar jejich vychýlení se mění v závislosti na rychlosti otáčení a na tom, který mód je buzen. Dvě korekční roviny jednoduše nestačí k řízení vibrací napříč všemi provozními rychlostmi.

2. Velmi dlouhé tuhé rotory

Dokonce i některé tuhé rotory, pokud jsou vzhledem ke svému průměru extrémně dlouhé, mohou mít prospěch ze tří nebo více korekčních rovin, aby se minimalizovaly vibrace na více místech ložisek podél hřídele.

3. Rotory se složitým rozložením hmotnosti

Rotory s více kotouči, koly nebo oběžnými koly v různých axiálních polohách mohou vyžadovat individuální vyvážení každého prvku, což vede k postupu vyvažování ve více rovinách.

4. Když se dvourovinné vyvážení ukáže jako nedostatečné

Pokud pokus o vyvážení ve dvou rovinách sníží vibrace v měřených místech ložisek, ale vibrace zůstávají vysoké v mezilehlých místech podél rotoru (například při výchylce v polovině rozpětí), mohou být nutné další korekční roviny.

Výzva: Dynamika flexibilního rotoru

Flexibilní rotory představují jedinečné výzvy, které ztěžují vyvažování ve více rovinách:

Tvary módu

Když flexibilní rotor prochází skrz kritická rychlost, vibruje ve specifickém vzoru nazývaném tvar módu. První mód obvykle ukazuje ohýbání hřídele v jednom plynulém oblouku, druhý mód ukazuje esovitou křivku s uzlovým bodem uprostřed a vyšší módy ukazují stále složitější tvary. Každý mód vyžaduje specifické rozložení korekční hmotnosti.

Chování závislé na rychlosti

Reakce na nevyváženost flexibilního rotoru se dramaticky mění s rychlostí. Korekce, která funguje dobře při jedné rychlosti, může být neúčinná nebo dokonce kontraproduktivní při jiné rychlosti. Vyvažování ve více rovinách musí zohledňovat celý rozsah provozních otáček.

Efekty křížové vazby

Při vyvažování ve více rovinách ovlivňuje korekční závaží v libovolné rovině vibrace ve všech místech měření. U tří, čtyř nebo více korekčních rovin se matematické vztahy stávají výrazně složitějšími než při vyvažování ve dvou rovinách.

Postup vyvažování ve více rovinách

Procedura prodlužuje metoda koeficientů vlivu používá se při vyvažování ve dvou rovinách:

Krok 1: Počáteční měření

Vibrace změřte na více místech podél rotoru (obvykle na každém ložisku a někdy i na mezilehlých místech) při sledovaných provozních otáčkách. U flexibilních rotorů může být nutné provádět měření při více otáčkách.

Krok 2: Definování korekčních rovin

Určete N korekčních rovin, kam lze přidat závaží. Závaží by měla být rozložena po délce rotoru na přístupných místech, jako jsou spojovací příruby, ráfky kol nebo speciálně navržené vyvažovací kroužky.

Krok 3: Postupné zkušební závaží

Proveďte N zkušebních běhů, každý s zkušební hmotnost v jedné korekční rovině. Například se čtyřmi korekčními rovinami:

• Běh 1: Zkušební závaží pouze v rovině 1
• Běh 2: Zkušební závaží pouze v rovině 2
• Běh 3: Zkušební závaží pouze v rovině 3
• Běh 4: Zkušební závaží pouze v rovině 4

Během každého běhu změřte vibrace na všech místech senzorů. Tím se vytvoří kompletní matice koeficientů vlivu popisující, jak každá korekční rovina ovlivňuje každý bod měření.

Krok 4: Výpočet korekčních vah

Vyvažovací software řeší soustavu N simultánních rovnic (kde N je počet korekčních rovin) pro výpočet optimálního korekční závaží pro každou rovinu. Tento výpočet využívá maticovou algebru a je příliš složitý na ruční provedení – je nezbytný specializovaný software.

Krok 5: Instalace a ověření

Nainstalujte všechna vypočítaná korekční závaží současně a ověřte úrovně vibrací. U flexibilních rotorů by mělo být ověření provedeno v celém rozsahu provozních otáček, aby byla zajištěna přijatelná vibrace při všech otáčkách.

Vyvažování modální dopravy: Alternativní přístup

Pro vysoce flexibilní rotory se používá pokročilá technika zvaná vyvažování modálních činností může být efektivnější než konvenční vícerovinné vyvažování. Modální vyvažování se zaměřuje na specifické vibrační režimy, nikoli na specifické rychlosti. Výpočtem korekčních vah, které odpovídají přirozeným tvarům rotoru, lze dosáhnout lepších výsledků s menším počtem zkušebních jízd. Tato metoda však vyžaduje sofistikované analytické nástroje a hluboké pochopení dynamiky rotoru.

Složitost a praktické aspekty

Vyvažování ve více rovinách je výrazně složitější než vyvažování ve dvou rovinách:

Počet zkušebních jízd

Počet požadovaných zkušebních běhů se lineárně zvyšuje s počtem rovin. Vyvažování ve čtyřech rovinách vyžaduje čtyři zkušební běhy plus počáteční a ověřovací běh – celkem šest spuštění a zastavení. To zvyšuje náklady, čas a opotřebení stroje.

Matematická složitost

Řešení pro N korekčních vah vyžaduje invertování matice N×N, což je výpočetně náročné a může být numericky nestabilní, pokud jsou měření zašuměná nebo pokud jsou korekční roviny špatně umístěny.

Přesnost měření

Protože vícerovinné vyvažování závisí na řešení mnoha simultánních rovnic, mají chyby měření a šum větší dopad než u dvourovinného vyvažování. Nezbytné jsou vysoce kvalitní senzory a pečlivý sběr dat.

Přístupnost korekční roviny

Nalezení N přístupných a efektivních umístění korekčních rovin může být náročné, zejména u strojů, které nebyly původně navrženy pro vyvažování ve více rovinách.

Požadavky na vybavení a software

Vyvažování ve více rovinách vyžaduje:

• Pokročilý vyvažovací software: Schopnost pracovat s maticemi vlivových koeficientů N×N a řešit soustavy komplexních vektorových rovnic.
• Více vibračních senzorů: Doporučuje se alespoň N senzorů (jeden na místo měření), ačkoli některé přístroje mohou pracovat s menším počtem senzorů, pokud je mezi jednotlivými běhy přemístíte.
• Otáčkoměr/Keyphasor: Nezbytné pro přesné fáze měření.
• Zkušený personál: Složitost vyvažování ve více rovinách vyžaduje techniky s pokročilým vzděláním v oblasti dynamiky rotoru a analýzy vibrací.

Typické aplikace

Vyvažování ve více rovinách je standardní praxí v odvětvích s vysokorychlostními stroji:

• Výroba energie: Velké parní a plynové turbogenerátory
• Petrochemický: Vysokorychlostní odstředivé kompresory a turboexpandéry
• Papír a celulóza: Dlouhé sušicí role a kalendářové role papírenských strojů
• Letectví a kosmonautika: Rotory leteckých motorů a turbínové stroje
• Výrobní: Vřetena vysokorychlostních obráběcích strojů

V těchto aplikacích je investice do vícerovinného vyvažování odůvodněna kritičností zařízení, důsledky poruchy a zvýšením provozní efektivity díky provozu s minimálními vibracemi.

---

← Zpět na hlavní index