Pochopení nevyváženosti v rotačních strojích

Definice: Co je to nevyváženost?

Nevyváženost (často zaměnitelně s nevyvážeností) je stav rotoru, kdy těžiště (nebo těžiště) není zarovnáno se středem otáčení. Toto odsazení, známé jako excentricita, znamená, že hmotnost není rovnoměrně rozložena kolem osy otáčení. Když se rotor otáčí, toto nerovnoměrné rozložení hmotnosti vytváří čistou odstředivou sílu, která rotor odtahuje od jeho středu, což způsobuje vibrace celého stroje. Nevyváženost je nejčastějším zdrojem vibrací u rotačních strojů.

Klasický podpis nerovnováhy

Nevyváženost má velmi zřetelný a rozpoznatelný vibrační podpis, díky čemuž ji lze relativně snadno diagnostikovat:

• Frekvence: Vibrace nastávají přesně v 1x rychlost otáčení rotoru. Pokud stroj zrychluje nebo zpomaluje, frekvence vibrací ji bude dokonale kopírovat.
• Směr: Vibrace se projevují převážně v radiální směr (horizontální a vertikální). Obvykle je velmi malá axiální (axiální) vibrace.
• Amplituda: Amplituda vibrací je úměrná druhé mocnině otáček. Pokud rychlost zdvojnásobíte, síla nevyváženosti (a výsledné vibrace) se čtyřnásobně zvýší.
• Fáze: Měření fázové nevyváženosti je obvykle stabilní a opakovatelné.

Typy nevyváženosti

Nerovnováhu lze rozdělit do tří hlavních typů:

1. Statická nevyváženost

Také známá jako „silová nevyváženost“, je to nejjednodušší typ. Dochází k ní, když je hmota nerovnoměrně rozložena v jedné rovině, jako například jeden těžký bod na tenkém disku. Nazývá se „statický“, protože jej lze detekovat, když je rotor v klidu; pokud je umístěn na beztření, rotor se bude otáčet, dokud se těžké místo nedostane dole. Lze to korigovat jediným závažím umístěným o 180° naproti těžkému místu.

2. Nerovnováha v páru

K tomu dochází, když se na opačných koncích rotoru nacházejí dvě stejně velká těžká místa, která jsou od sebe umístěna v úhlu 180°. To vytváří „párový“ neboli kývavý pohyb, který se snaží rotor přetočit. Rotor s čistě párovou nevyvážeností je staticky vyvážený (nebude se kutálet na ostří nože), ale při otáčení bude silně vibrovat. K potlačení kývavého pohybu jsou zapotřebí dvě korekční závaží ve dvou oddělených rovinách.

3. Dynamická nevyváženost

Toto je nejběžnější stav, který se vyskytuje u skutečných strojů. Je to kombinace statické a vazební nevyváženosti. Korekce dynamické nevyváženosti vyžaduje provedení korekcí hmotnosti alespoň ve dvou různých rovinách podél rotoru, což je proces známý jako dynamické vyvažování.

Časté příčiny nevyváženosti

Nevyváženost může být přítomna od doby výroby nebo se může vyvinout během provozu. Mezi běžné příčiny patří:

• Výrobní nedokonalosti: Pórovitost odlitků, nerovnoměrná hustota materiálu a tolerance obrábění.
• Chyby při montáži: Nesprávně nainstalované komponenty, nerovnoměrně utažené šrouby nebo špatně zarovnané pera.
• Opotřebení: Nerovnoměrná eroze, koroze nebo opotřebení lopatek ventilátoru nebo oběžných kol čerpadla.
• Nahromadění materiálu: Hromadění nečistot, prachu nebo produktů na rotorech ventilátorů, dmychadel a odstředivek.
• Selhání komponenty: Hozené vyvažovací závaží nebo zlomená čepel okamžitě způsobí vážnou nerovnováhu.

Proč je náprava nerovnováhy zásadní

Ponechání stroje v provozu s výraznou nevyvážeností je škodlivé pro jeho zdraví. Konstantní cyklická síla způsobuje:

• Předčasné selhání ložiska: Ložiska jsou vystavena vysokému dynamickému zatížení, což vede k rychlému opotřebení.
• Únava a praskání: Vibrace způsobují únavové namáhání hřídele, základů a dalších součástí.
• Snížená účinnost: Energie se plýtvá ve formě vibrací a tepla místo toho, aby vykonávala užitečnou práci.
• Bezpečnostní rizika: Vážná nevyváženost může vést ke katastrofálnímu selhání.

Nevyváženost se koriguje systematickým vyvažovacím postupem, což je jeden z nejúčinnějších způsobů, jak zlepšit spolehlivost strojů.

← Zpět na hlavní index