Část I: Teoretické a regulační základy dynamického vyvažování

Dynamické vyvažování v terénu je jednou z klíčových operací v technologii vibračního seřízení, jejímž cílem je prodloužit životnost průmyslových zařízení a předcházet nouzovým situacím. Použití přenosných přístrojů, jako je Balanset-1A, umožňuje provádět tyto operace přímo v místě provozu, čímž se minimalizují prostoje a náklady spojené s demontáží. Úspěšné vyvažování však vyžaduje nejen schopnost pracovat s přístrojem, ale také hluboké pochopení fyzikálních procesů, které jsou základem vibrací, a také znalost regulačního rámce upravujícího kvalitu práce.

Princip metodiky je založen na instalaci zkušebních závaží a výpočtu koeficientů vlivu nevyváženosti. Jednoduše řečeno, přístroj měří vibrace (amplitudu a fázi) rotujícího rotoru, načež uživatel postupně přidává malá zkušební závaží v určitých rovinách, aby „kalibroval“ vliv přídavné hmotnosti na vibrace. Na základě změn amplitudy a fáze vibrací přístroj automaticky vypočítá potřebnou hmotnost a úhel instalace korekčních závaží pro eliminaci nevyváženosti.

Tento přístup implementuje tzv. třínásobnou metodu pro vyvažování ve dvou rovinách: počáteční měření a dva průběhy se zkušebními závažími (jedno v každé rovině). Pro vyvažování v jedné rovině obvykle postačují dva průběhy - bez závaží a s jedním zkušebním závažím. V moderních přístrojích se všechny potřebné výpočty provádějí automaticky, což výrazně zjednodušuje proces a snižuje požadavky na kvalifikaci obsluhy.

Oddíl 1.1: Fyzika nevyváženosti: Hloubková analýza

Jádrem jakékoli vibrace v rotačním zařízení je nerovnováha neboli nevyváženost. Nevyváženost je stav, kdy je hmotnost rotoru nerovnoměrně rozložena vzhledem k jeho ose otáčení. Toto nerovnoměrné rozložení vede k vzniku odstředivých sil, které následně způsobují vibrace podpěr a celé konstrukce stroje. Důsledky neřešené nevyváženosti mohou být katastrofální: od předčasného opotřebení a zničení ložisek až po poškození základů a samotného stroje. Pro efektivní diagnostiku a odstranění nevyváženosti je nutné jasně rozlišovat její typy.

Typy nevyváženosti

Sestava vyvažovacího stroje rotorů s počítačem řízeným monitorovacím systémem pro měření statických a dynamických sil za účelem detekce nevyváženosti v rotujících součástech elektromotoru.

Statická nevyváženost (v jedné rovině): Tento typ nevyváženosti je charakterizován posunutím těžiště rotoru rovnoběžně s osou otáčení. Ve statickém stavu se takový rotor, instalovaný na vodorovných hranolech, vždy otáčí těžší stranou dolů. Statická nevyváženost je dominantní u tenkých rotorů ve tvaru disku, kde je poměr délky k průměru (L/D) menší než 0,25, například u brusných kotoučů nebo úzkých oběžných kol ventilátorů. Eliminace statické nevyváženosti je možná instalací jednoho korekčního závaží v jedné korekční rovině, diametrálně protilehlé k těžkému bodu.

Párová (momentová) nevyváženost: K tomuto typu dochází, když hlavní osa setrvačnosti rotoru protíná osu otáčení v těžišti, ale není s ní rovnoběžná. Dvojitá nevyváženost může být reprezentována jako dvě stejně velké, ale opačně směrované nevyvážené hmoty umístěné v různých rovinách. Ve statickém stavu je takový rotor v rovnováze a nevyváženost se projevuje pouze během otáčení ve formě „kývání“ nebo „vibrování“. Pro její kompenzaci je nutná instalace alespoň dvou korekčních závaží ve dvou různých rovinách, která vytvářejí kompenzační moment.

Technické schéma zařízení pro testování rotoru elektromotoru s měděnými vinutími namontovanými na přesných ložiskách, připojeného k elektronickému monitorovacímu zařízení pro měření rotační dynamiky.

Dynamická nevyváženost: Toto je nejběžnější typ nevyváženosti v reálných podmínkách, který představuje kombinaci statické a partové nevyváženosti. V tomto případě se hlavní centrální osa setrvačnosti rotoru neshoduje s osou otáčení a neprotíná ji v těžišti. Pro eliminaci dynamické nevyváženosti je nutná korekce hmotnosti alespoň ve dvou rovinách. Dvoukanálové přístroje, jako je Balanset-1A, jsou navrženy speciálně pro řešení tohoto problému.

Kvazistatická nevyváženost: Toto je speciální případ dynamické nevyváženosti, kdy hlavní osa setrvačnosti protíná osu otáčení, ale ne v těžišti rotoru. Toto je nenápadný, ale důležitý rozdíl pro diagnostiku složitých rotorových systémů.

Pevné a flexibilní rotory: kritický rozdíl

Jedním ze základních konceptů vyvažování je rozlišení mezi tuhými a pružnými rotory. Toto rozlišení určuje samotnou možnost a metodiku úspěšného vyvažování.

Pevný rotor: Rotor se považuje za tuhý, pokud je jeho provozní frekvence otáčení výrazně nižší než jeho první kritická frekvence a nepodléhá významným elastickým deformacím (průhybům) působením odstředivých sil. Vyvažování takového rotoru se obvykle úspěšně provádí ve dvou korekčních rovinách. Přístroje Balanset-1A jsou primárně určeny pro práci s tuhými rotory.

Flexibilní rotor: Rotor se považuje za pružný, pokud pracuje s rotační frekvencí blízkou jedné ze svých kritických frekvencí nebo ji překračuje. V tomto případě se elastické vychýlení hřídele stává srovnatelným s posunutím těžiště a samo o sobě významně přispívá k celkovým vibracím.

Pokus o vyvážení flexibilního rotoru pomocí metodiky pro tuhé rotory (ve dvou rovinách) často vede k selhání. Instalace korekčních závaží může kompenzovat vibrace při nízkých, subrezonančních otáčkách, ale při dosažení provozních otáček, kdy se rotor ohýbá, mohou tato závaží vibrace zvýšit vybuzením jednoho z ohybových vibračních módů. To je jeden z klíčových důvodů, proč vyvážení „nefunguje“, i když všechny úkony s přístrojem jsou prováděny správně. Před zahájením práce je nesmírně důležité klasifikovat rotor korelací jeho provozních otáček se známými (nebo vypočítanými) kritickými frekvencemi.

Pokud není možné rezonanci obejít (například pokud má stroj pevnou rychlost shodnou s rezonanční), doporučuje se během vyvažování dočasně změnit montážní podmínky jednotky (například uvolnit tuhost podpěr nebo dočasně nainstalovat elastická těsnění), aby se rezonance posunula. Po odstranění nevyváženosti rotoru a obnovení normálních vibrací lze stroj vrátit do standardních montážních podmínek.

Oddíl 1.2: Regulační rámec: Normy ISO

Normy v oblasti vyvažování plní několik klíčových funkcí: stanovují jednotnou technickou terminologii, definují požadavky na kvalitu a, co je důležité, slouží jako základ pro kompromis mezi technickou nutností a ekonomickou proveditelností. Nadměrné požadavky na kvalitu vyvažování jsou nevýhodné, proto normy pomáhají určit, do jaké míry je vhodné snížit nevyváženost. Kromě toho je lze použít ve smluvních vztazích mezi výrobci a zákazníky k určení kritérií přijetí.

ISO 1940-1-2007 (ISO 1940-1): Požadavky na kvalitu vyvažování pevných rotorů

Software pro přenosný vyvažovačku a analyzátor vibrací Balanset-1A. Kalkulačka tolerance vyvážení (ISO 1940)

Tato norma je základním dokumentem pro stanovení přípustné zbytkové nevyváženosti. Zavádí koncept stupně jakosti vyvažování (G), který závisí na typu stroje a jeho provozní frekvenci otáčení.

Stupeň kvality G: Každý typ zařízení odpovídá specifickému stupni jakosti, který zůstává konstantní bez ohledu na rychlost otáčení. Například stupeň G6.3 se doporučuje pro drtiče a G2.5 pro kotvy elektromotorů a turbíny.

Výpočet přípustné zbytkové nevyváženosti (U_za): Norma umožňuje výpočet specifické přípustné hodnoty nevyváženosti, která slouží jako cílový ukazatel při vyvažování. Výpočet se provádí ve dvou fázích:

1. Stanovení přípustné specifické nevyváženosti (e_za) pomocí vzorce:
   e_za = (G × 9549) / n
   kde G je stupeň jakosti vyvážení (např. 2,5), n je provozní frekvence otáčení, ot/min. Jednotka měření pro e_za je g·mm/kg nebo μm.
2. Stanovení přípustné zbytkové nevyváženosti (U_za) pro celý rotor:
   U_za = e_za × M
   kde M je hmotnost rotoru v kg. Jednotka měření pro U_za je g·mm.

Například pro rotor elektromotoru o hmotnosti 5 kg, pracující při 3000 ot/min s jakostním stupněm G2.5, by výpočet vypadal takto:

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

U_za = 7,96 × 5 = 39,8 g·mm.

To znamená, že po vyvážení by zbytková nevyváženost neměla překročit 39,8 g·mm.

Použití normy transformuje subjektivní hodnocení „vibrace jsou stále příliš vysoké“ na objektivní, měřitelné kritérium. Pokud konečná zpráva o vyvážení vygenerovaná softwarem přístroje ukáže, že zbytková nevyváženost je v rámci tolerance ISO, je práce považována za kvalitně provedenou, což chrání zhotovitele v sporných situacích.

ISO 20806-2007 (ISO 20806): Vyvažování na místě

Tato norma přímo upravuje proces vyvažování pole.

výhody: Hlavní výhodou vyvažování na místě je, že rotor je vyvážen v reálných provozních podmínkách, na svých podpěrách a při provozním zatížení. To automaticky zohledňuje dynamické vlastnosti podpěrného systému a vliv připojených komponent hřídelového soukolí, které nelze modelovat na vyvažovacím stroji.

Nevýhody a omezení: Norma také uvádí významné nevýhody, které je třeba zohlednit při plánování práce.

• Omezený přístup: Přístup k korekčním rovinám na sestaveném stroji je často obtížný, což omezuje možnosti instalace závaží.
• Potřeba zkušebních jízd: Proces vyvažování vyžaduje několik cyklů „start-stop“ stroje, což může být z hlediska výrobního procesu a ekonomické efektivity nepřijatelné.
• Obtíže s těžkou nerovnováhou: V případech velmi velké počáteční nevyváženosti nemusí omezení výběru roviny a hmotnosti korekčního závaží umožnit dosažení požadované kvality vyvážení.

Další relevantní normy

Pro úplnost je třeba zmínit i další normy, jako například řadu ISO 21940 (nahrazující ISO 1940), ISO 8821 (upravující zohlednění klíčového vlivu) a ISO 11342 (pro flexibilní rotory).

Část II: Praktický průvodce vyvažováním s přístroji Balanset-1A

Úspěch vyvážení závisí na důkladnosti přípravných prací. Většina poruch nesouvisí s poruchou přístroje, ale s ignorováním faktorů ovlivňujících opakovatelnost měření. Hlavním principem přípravy je vyloučit všechny ostatní možné zdroje vibrací, aby přístroj měřil pouze vliv nevyváženosti.

Oddíl 2.1: Základ úspěchu: Diagnostika před vyvážením a příprava stroje

Před připojením přístroje je nutné provést kompletní diagnostiku a přípravu mechanismu.

Krok 1: Primární diagnostika vibrací (Je to opravdu nevyváženost?)

Před vyvažováním je užitečné provést předběžné měření vibrací v režimu vibrometru. Software Balanset-1A má režim „Měřič vibrací“ (tlačítko F5), kde můžete měřit celkové vibrace a samostatně vibrace komponenty při rotační frekvenci (1×) před instalací jakýchkoli závaží. Taková diagnostika pomáhá pochopit povahu vibrací: pokud je amplituda hlavní rotační harmonické blízká celkovým vibracím, pak je dominantním zdrojem vibrací s největší pravděpodobností nevyváženost rotoru a vyvážení je účinné. Také fázové a vibrační hodnoty mezi měřeními by měly být stabilní a neměly by se měnit o více než 5-10%.

Pro předběžné posouzení stavu stroje použijte přístroj v režimu vibrometru nebo spektrálního analyzátoru (FFT).

Klasický znak nevyváženosti: Spektrum vibrací by mělo být charakterizováno vrcholem při rotační frekvenci rotoru (vrchol při frekvenci 1x RPM). Amplituda této složky v horizontálním a vertikálním směru by měla být srovnatelná a amplitudy ostatních harmonických by měly být výrazně nižší.

Příznaky dalších vad: Pokud spektrum obsahuje významné vrcholy na jiných frekvencích (např. 2x, 3x otáčky za minutu) nebo na nenásobných frekvencích, naznačuje to přítomnost dalších problémů, které je třeba před vyvážením odstranit. Například vrchol při 2x otáčkách za minutu často naznačuje nesouosost hřídele.

Krok 2: Komplexní mechanická kontrola (kontrolní seznam)

Rotor: Důkladně očistěte všechny povrchy rotoru (lopatky ventilátoru, drticí kladiva atd.) od nečistot, rzi a usazenin. I malé množství nečistot na velkém poloměru vytváří značnou nevyváženost. Zkontrolujte, zda nejsou poškozené nebo chybějící součásti (lopatky, kladiva) a zda nejsou uvolněné.

Ložiska: Zkontrolujte ložiskové sestavy, zda nemají nadměrnou vůli, cizí hluk a přehřívají se. Opotřebovaná ložiska s velkou vůlí neumožňují získání stabilních hodnot a znemožňují vyvážení. Je nutné zkontrolovat usazení čepů rotoru v pánvích ložisek a vůle.

Základ a rám: Ujistěte se, že je jednotka instalována na pevném základu. Zkontrolujte utažení kotevních šroubů a absenci trhlin v rámu. Přítomnost „měkké patky“ (když jedna podpěra nepasuje k základu) nebo nedostatečná tuhost nosné konstrukce povede k absorpci vibrační energie a nestabilním, nepředvídatelným naměřeným hodnotám.

Řídit: U řemenových pohonů zkontrolujte napnutí a stav řemenu. U spojek - souosost hřídelí. Nesprávné souosost může způsobit vibrace při 2x ot./min, což zkreslí měření při rotační frekvenci.

Bezpečnost: Zajistěte přítomnost a provozuschopnost všech ochranných krytů. V pracovním prostoru by se neměly nacházet cizí předměty ani osoby.

Oddíl 2.2: Nastavení a konfigurace přístroje

Správná instalace senzoru je klíčem k získání přesných a spolehlivých dat.

Instalace hardwaru

Vibrační senzory (akcelerometry):

• Připojte kabely senzorů k odpovídajícím konektorům přístroje (např. X1 a X2 pro Balanset-1A).
• Nainstalujte senzory na ložisková tělesa co nejblíže k rotoru.
• Klíčový postup: Pro dosažení maximálního signálu (nejvyšší citlivosti) by měly být senzory instalovány ve směru, kde jsou vibrace maximální. U většiny horizontálně umístěných strojů je to horizontální směr, protože tuhost základu v této rovině je obvykle nižší. Pro zajištění pevného kontaktu použijte silnou magnetickou základnu nebo závitový držák. Špatně upevněný senzor je jednou z hlavních příčin získávání nesprávných dat.

Fázový senzor (laserový otáčkoměr):

• Připojte senzor ke speciálnímu vstupu (X3 pro Balanset-1A).
• Připevněte malý kousek reflexní pásky na hřídel nebo jinou rotující část rotoru. Páska by měla být čistá a poskytovat dobrý kontrast.
• Nainstalujte otáčkoměr na magnetický stojan tak, aby laserový paprsek stabilně dopadal na značku po celou dobu otáčení. Ujistěte se, že přístroj ukazuje stabilní hodnotu otáček za minutu (RPM).

Pokud senzor „mine“ značku nebo naopak dává nadbytečné impulsy, je třeba upravit buď šířku/barvu značky, nebo citlivost/úhel senzoru. Například pokud jsou na rotoru lesklé prvky, lze je zakrýt matnou páskou, aby neodrážely laser. Při práci venku nebo v jasně osvětlených místnostech pokud možno chraňte senzor před přímým světlem, protože jasné osvětlení může způsobovat rušení fázového senzoru.

Konfigurace softwaru (Balanset-1A)

• Spusťte software (jako správce) a připojte modul rozhraní USB.
• Přejděte do modulu vyvažování. Vytvořte nový záznam pro vyvažovanou jednotku, zadejte její název, hmotnost a další dostupná data.
• Vyberte typ vyvažování: jednorovinné (statické) pro úzké rotory nebo dvourovinné (dynamické) pro většinu ostatních případů.
• Definujte korekční roviny: vyberte místa na rotoru, kde lze bezpečně a spolehlivě instalovat korekční závaží (např. zadní disk oběžného kola ventilátoru, speciální drážky na hřídeli).

Oddíl 2.3: Postup vyvažování: Podrobný návod

Postup je založen na metodě koeficientů vlivu, kde se přístroj „učí“, jak rotor reaguje na instalaci známé hmotnosti. Přístroje Balanset-1A tento proces automatizují.

Takový přístup implementuje tzv. tříběhovou metodu pro vyvažování ve dvou rovinách: počáteční měření a dva běhy se zkušebními závažími (jeden v každé rovině).

Běh 0: Počáteční měření

• Spusťte stroj a uveďte jeho provozní otáčky na stabilní úroveň. Je nesmírně důležité, aby otáčky byly ve všech následujících cyklech stejné.
• V programu spusťte měření. Přístroj zaznamená počáteční hodnoty amplitudy a fáze vibrací (tzv. počáteční vektor "O").

Průmyslový přístroj pro testování motorů s rotorem s měděným vinutím, upevněným na přesných ložiskách, vybavený počítačem řízeným monitorovacím systémem pro analýzu a diagnostiku elektrických vlastností.

Dvourovinné softwarové rozhraní pro dynamické vyvažování zobrazující data vibrační analýzy s časovými průběhy a frekvenčními spektry pro diagnostiku rotačních strojů.

Běh 1: Zkušební závaží v rovině 1

• Zastavte stroj.
• Výběr zkušební hmotnosti: Toto je nejdůležitější krok v závislosti na operátorovi. Zkušební hmotnost závaží by měla být dostatečná k tomu, aby způsobila znatelnou změnu parametrů vibrací (změna amplitudy alespoň o 20-30% NEBO fázová změna alespoň o 20-30 stupňů). Pokud je změna příliš malá, přesnost výpočtu bude nízká. Děje se to proto, že slabý užitečný signál ze zkušebního závaží se „topí“ v systémovém šumu (vůle ložiska, turbulence proudění), což vede k nesprávnému výpočtu koeficientu vlivu.
• Instalace zkušebního závaží: Bezpečně upevněte zvážené zkušební závaží (m_t) o známém poloměru (r) v rovině 1. Uchycení musí odolávat odstředivé síle. Zaznamenejte úhlovou polohu závaží vzhledem k fázové značce.
• Spusťte stroj stejnou stabilní rychlostí.
• Proveďte druhé měření. Přístroj zaznamená nový vektor vibrací („O+T“).
• Zastavte stroj a ODSTRANĚTE zkušební závaží (pokud program neurčuje jinak).

3D vykreslení testovacího zařízení rotoru elektromotoru s měděnými vinutími namontovanými na přesném vyvažovacím zařízení, připojeném k diagnostickým senzorům a notebooku pro analýzu výkonu.

Softwarové rozhraní pro dynamické vyvažování ve dvou rovinách zobrazující analýzu vibrací s časovými průběhy a frekvenčním spektrem pro vyvažování rotačních strojů při ~2960 ot./min.

Běh 2: Zkušební závaží v rovině 2 (pro vyvážení ve 2 rovinách)

• Opakujte přesně stejný postup od kroku 2, ale tentokrát instalujte zkušební závaží do roviny 2.
• Spusťte, změřte, zastavte a ODSTRANĚTE zkušební závaží.

Průmyslový přístroj pro testování motorů s měděnými vinutími namontovanými na podpěrných stojanech, vybavený diagnostikou řízenou notebookem pro analýzu výkonu a účinnosti elektromotoru.

Rozhraní dvourovinného dynamického vyvažovacího stroje zobrazující výsledky vibrační analýzy a výpočty korekce hmotnosti pro rotující zařízení s údaji o zbytkové nevyváženosti.

Výpočet a instalace korekčních závaží

• Na základě změn vektoru zaznamenaných během zkušebních jízd program automaticky vypočítá hmotnost a úhel instalace korekčního závaží pro každou rovinu.
• Montážní úhel se obvykle měří od místa zkušebního závaží ve směru otáčení rotoru.
• Bezpečně připevněte trvalá korekční závaží. Při použití svařování nezapomeňte, že i samotný svar má hmotnost. Při použití šroubů je třeba zohlednit jejich hmotnost.

3D renderovaný model velké elektromagnetické cívky nebo statoru motoru namontovaného na testovacím zařízení s měděnými vinutími a monitorovacím zařízením pro elektrickou analýzu a vyhodnocení výkonu.

Softwarové rozhraní dynamického vyvažovacího stroje zobrazující výsledky vyvažování ve dvou rovinách s korekčními závažími 0,290 g a 0,270 g pod specifickými úhly pro eliminaci vibrací.

Analýza dynamického vyvážení ve dvou rovinách zobrazující polární grafy pro korekci rotoru. Rozhraní zobrazuje požadavky na přidání hmotnosti (0,290 g při 206° pro rovinu 1, 0,270 g při 9° pro rovinu 2) pro minimalizaci vibrací a dosažení mechanické rovnováhy v rotujících strojích.

Běh 3: Ověřovací měření a jemné vyvážení

• Znovu spusťte stroj.
• Proveďte kontrolní měření pro posouzení úrovně zbytkových vibrací.
• Porovnejte získanou hodnotu s tolerancí vypočítanou dle normy ISO 1940-1.
• Pokud vibrace stále překračují toleranci, přístroj s využitím již známých koeficientů vlivu vypočítá malou „jemnou“ (trimovací) korekci. Nainstalujte toto přídavné závaží a znovu zkontrolujte. Obvykle stačí jeden nebo dva cykly jemného vyvážení.
• Po dokončení uložte zprávu a koeficienty vlivu pro možné budoucí použití na podobných strojích.

3D vykreslení sestavy rotoru elektromotoru na testovacím zařízení s měděnými vinutími se zelenými diagnostickými indikátory a připojenými měřicími zařízeními pro analýzu kontroly kvality.

Dvourovinné softwarové rozhraní pro dynamické vyvažování zobrazující výsledky měření vibrací a korekční výpočty pro rotační stroje, včetně zkušebních hmotností, úhlů a hodnot zbytkové nevyváženosti.

Část III: Pokročilé řešení problémů a odstraňování problémů

Tato část je věnována nejsložitějším aspektům vyvažování pole – situacím, kdy standardní postup nepřináší výsledky.

Dynamické vyvažování zahrnuje rotaci masivních součástí, proto je dodržování bezpečnostních postupů zásadní. Níže jsou uvedena hlavní bezpečnostní opatření při vyvažování rotorů na místě:

Bezpečnostní opatření

Prevence náhodného spuštění (Blokování/Označení): Před zahájením práce je nutné odpojit pohon rotoru od napájení. Na spouštěcích zařízeních jsou zavěšeny výstražné cedule, aby nikdo omylem nespustil stroj. Hlavním rizikem je náhlý rozběh rotoru během instalace závaží nebo senzoru. Proto musí být před instalací zkušebních nebo korekčních závaží hřídel spolehlivě zastavena a její spuštění musí být bez vašeho vědomí nemožné. Například odpojte automatický spínač motoru a zavěste zámek štítkem nebo vyjměte pojistky. Teprve po zajištění, že se rotor samovolně nespustí, lze provést instalaci závaží.

Osobní ochranné prostředky: Při práci s rotujícími částmi používejte vhodné OOPP. Ochranné brýle nebo ochranný štít na obličej jsou povinné k ochraně před možným vymrštěním malých částí nebo závaží. Rukavice - dle potřeby (ochrání ruce během instalace závaží, ale během měření je lepší pracovat bez volného oděvu a rukavic, které by se mohly zachytit o rotující části). Oděv by měl být přiléhavý, bez volných okrajů. Dlouhé vlasy by měly být zastrčené pod pokrývku hlavy. Používejte špunty do uší nebo sluchátka - při práci s hlučnými stroji (například vyvažování velkých ventilátorů může být doprovázeno silným hlukem). Pokud se k upevnění závaží používá svařování - noste navíc svářečskou masku, svářečské rukavice a odstraňte hořlavé materiály.

Nebezpečná zóna kolem stroje: Omezte přístup neoprávněných osob do vyvažovací zóny. Během zkušebních provozů jsou kolem jednotky instalovány zábrany nebo alespoň výstražné pásky. Poloměr nebezpečné zóny je nejméně 3–5 metrů, u velkých rotorů i více. Během zrychlování by se nikdo neměl nacházet v linii rotujících částí ani v blízkosti roviny otáčení rotoru. Buďte připraveni na nouzové situace: obsluha by měla mít připraveno tlačítko nouzového zastavení nebo být v blízkosti hlavního vypínače, aby v případě cizího hluku, vibrací nad povolenou úroveň nebo vymrštění závaží okamžitě odpojila jednotku od napájení.

Spolehlivé uchycení závaží: Při upevňování zkušebních nebo trvalých korekčních závaží věnujte zvláštní pozornost jejich upevnění. Dočasná zkušební závaží se často upevňují šroubem k existujícímu otvoru nebo se lepí silnou páskou/oboustrannou páskou (pro malá závaží a nízké otáčky), případně se v několika bodech připevňují stehovacím svařováním (pokud je to bezpečné a materiál to dovolí). Trvalá korekční závaží by měla být upevněna spolehlivě a dlouhodobě: zpravidla se svařují, šroubují šrouby/vruty nebo se na požadovaných místech provádí vrtání kovu (odstranění hmoty). Je přísně zakázáno ponechávat špatně upevněné závaží na rotoru (například s magnetem bez podkladu nebo slabým lepidlem) během otáčení - vymrštěné závaží se stává nebezpečným projektilem. Vždy počítejte s odstředivou silou: i 10gramový šroub při 3000 ot./min vytváří velkou vymrštěnou sílu, takže uchycení musí s velkou rezervou odolávat přetížení. Po každém zastavení před opětovným spuštěním rotoru zkontrolujte, zda se uchycení zkušebního závaží neuvolnilo.

Elektrická bezpečnost zařízení: Přístroj Balanset-1A je obvykle napájen z USB portu notebooku, což je bezpečné. Pokud je však notebook připojen k síti 220 V pomocí adaptéru, je třeba dodržovat obecná elektrická bezpečnostní opatření – používejte provozuschopnou uzemněnou zásuvku, neveďte kabely mokrými nebo horkými zónami, chraňte zařízení před vlhkostí. Je zakázáno rozebírat nebo opravovat přístroj Balanset nebo jeho napájecí zdroj, když je připojen k síti. Veškerá připojení senzorů se provádějí pouze tehdy, když je přístroj bez napětí (odpojeno USB nebo vyjmuto napájení notebooku). Pokud je na pracovišti nestabilní napětí nebo silné elektrické rušení, je vhodné napájet notebook z autonomního zdroje (UPS, baterie), aby se zabránilo rušení signálů nebo vypnutí přístroje.

Zohlednění vlastností rotoru: Některé rotory mohou vyžadovat dodatečná opatření. Například při vyvažování vysokorychlostních rotorů se ujistěte, že nepřekračují povolené otáčky (neodbíhají). K tomu lze použít tachometrická omezení nebo předem zkontrolovat frekvenci otáčení. Pružné dlouhé rotory mohou během otáčení procházet kritickými otáčkami – buďte připraveni rychle snížit otáčky při nadměrných vibracích. Pokud se vyvažování provádí na jednotce s pracovní kapalinou (např. čerpadlo, hydraulický systém) – ujistěte se, že během vyvažování nedojde k žádnému přívodu kapaliny ani k jiným změnám zatížení.

Dokumentace a komunikace: Podle pravidel bezpečnosti práce je žádoucí mít pokyny pro bezpečné provádění vyvažovacích prací specificky pro váš podnik. Měly by předepisovat všechna uvedená opatření a případně i další (například požadavky na přítomnost druhého pozorovatele, kontrolu nástrojů před prací atd.). S těmito pokyny seznámte celý tým zapojený do práce. Před zahájením experimentů proveďte krátkou instruktáž: kdo co dělá, kdy signalizovat zastavení, jaké konvenční signály dávat. To je zvláště důležité, pokud je jedna osoba u ovládacího panelu a druhá u měřicího zařízení.

Dodržování uvedených opatření minimalizuje rizika během vyvažování. Nezapomeňte, že bezpečnost je důležitější než rychlost vyvažování. Je lepší věnovat více času přípravě a kontrole, než dopustit nehodu. Ve vyvažování jsou známy případy, kdy ignorování pravidel (například slabé uchycení závaží) vedlo k nehodám a zraněním. Proto k procesu přistupujte zodpovědně: vyvažování není jen technická, ale také potenciálně nebezpečná operace vyžadující disciplínu a pozornost.

Oddíl 3.1: Diagnostika a překonání nestability měření („plovoucí“ hodnoty)

Příznak: Během opakovaných měření za stejných podmínek se odečty amplitudy a/nebo fáze výrazně mění („float“, „jump“). To znemožňuje výpočet korekce.

Hlavní příčina: Přístroj nefunguje porouchaně. Přesně hlásí, že vibrační odezva systému je nestabilní a nepředvídatelná. Úkolem specialisty je najít a odstranit zdroj této nestability.

Systematický diagnostický algoritmus:

• Mechanická vůle: Toto je nejčastější příčina. Zkontrolujte utažení upevňovacích šroubů ložiskového tělesa a kotevních šroubů rámu. Zkontrolujte, zda v základech nebo rámu nejsou praskliny. Odstraňte „měkkou nohu“.
• Vady ložisek: Nadměrná vnitřní vůle ve valivých ložiskách nebo opotřebení pánve ložiska umožňuje chaotický pohyb hřídele uvnitř podpěry, což vede k nestabilním naměřeným hodnotám.
• Nestabilita související s procesem:
  • Aerodynamické (ventilátory): Turbulentní proudění vzduchu a oddělení proudu od lopatek mohou způsobit náhodné silové účinky na oběžné kolo.
  • Hydraulické (čerpadla): Kavitace – tvorba a kolaps bublin páry v kapalině – vytváří silné, náhodné hydraulické rázy. Tyto rázy zcela maskují periodický signál z nevyváženosti a znemožňují vyvážení.
  • Vnitřní pohyb hmoty (drtiče, mlýny): Během provozu se materiál může pohybovat a redistribuovat uvnitř rotoru, čímž působí jako „mobilní nevyváženost“.
• Rezonance: Pokud je provozní rychlost velmi blízká vlastní frekvenci konstrukce, i malé změny rychlosti (50–100 ot/min) způsobují obrovské změny amplitudy a fáze vibrací. Vyvažování v rezonanční zóně je nemožné. Je nutné provést zkoušku doběhu (při zastavení stroje), aby se určily rezonanční vrcholy a zvolila se rychlost pro vyvážení, která je od nich vzdálená.
• Tepelné účinky: Jak se stroj zahřívá, tepelná roztažnost může způsobit ohýbání hřídele nebo změny souososti, což vede k „driftu“ naměřených hodnot. Je nutné počkat, dokud stroj nedosáhne stabilního tepelného režimu, a provádět všechna měření při této teplotě.
• Vliv sousedních zařízení: Silné vibrace od sousedních pracujících strojů se mohou přenášet podlahou a zkreslovat měření. Pokud je to možné, izolujte vyvažovanou jednotku nebo zastavte zdroj rušení.

Oddíl 3.2: Když vyvažování nepomáhá: Identifikace kořenových vad

Příznak: Vyvažování bylo provedeno, naměřené hodnoty jsou stabilní, ale konečné vibrace zůstávají vysoké. Nebo vyvážení v jedné rovině zhoršuje vibrace v jiné.

Hlavní příčina: Zvýšené vibrace nejsou způsobeny prostou nevyvážeností. Obsluha se snaží vyřešit problém s geometrií nebo selháním součásti metodou korekce hmotnosti. Neúspěšný pokus o vyvážení je v tomto případě úspěšným diagnostickým testem, který prokáže, že problémem není nevyváženost.

Použití spektrálního analyzátoru pro diferenciální diagnostiku:

• Nesouosost hřídele: Hlavním příznakem je vysoký vibrační vrchol při frekvenci 2x ot./min, často doprovázený výrazným vrcholem při 1x ot./min. Charakteristickým znakem jsou také vysoké axiální vibrace. Pokusy o „vyrovnání“ nesouososti jsou odsouzeny k neúspěchu. Řešení – provést kvalitní souosost hřídelí.
• Vady valivých ložisek: Projevují se jako vysokofrekvenční vibrace ve spektru na charakteristických „nosných“ frekvencích (BPFO, BPFI, BSF, FTF), které nejsou násobky rotační frekvence. Funkce FFT v přístrojích Balanset pomáhá tyto vrcholy detekovat.
• Oblouk hřídele: Projevuje se jako vysoký vrchol při 1x ot./min (podobně jako nevyváženost), ale často je doprovázen znatelnou složkou při 2x ot./min a vysokými axiálními vibracemi, což vytváří obraz podobný kombinaci nevyváženosti a nesouososti.
• Elektrické problémy (elektromotory): Asymetrie magnetického pole (například v důsledku defektů rotorových tyčí nebo excentricity vzduchové mezery) může způsobit vibrace při dvojnásobné frekvenci napájení (100 Hz pro síť 50 Hz). Tyto vibrace nelze eliminovat mechanickým vyvážením.

Příkladem komplexního vztahu příčiny a následku je kavitace v čerpadle. Nízký vstupní tlak vede k varu kapaliny a tvorbě bublin páry. Jejich následné zhroucení na oběžném kole způsobuje dva účinky: 1) erozivní opotřebení lopatek, které časem ve skutečnosti mění vyvážení rotoru; 2) silné náhodné hydraulické rázy, které vytvářejí širokopásmový vibrační „šum“, zcela maskují užitečný signál z nevyváženosti a činí odečty nestabilními. Řešením není vyvážení, ale odstranění hydraulické příčiny: kontrola a čištění sacího potrubí, zajištění dostatečné kavitační rezervy (NPSH).

Časté chyby při vyvažování a tipy pro prevenci

Při vyvažování rotorů, zejména v polních podmínkách, se začátečníci často setkávají s typickými chybami. Níže uvádíme běžné chyby a doporučení, jak se jim vyhnout:

Vyvažování vadného nebo znečištěného rotoru: Jednou z nejčastějších chyb je pokus o vyvážení rotoru, který má jiné problémy: opotřebovaná ložiska, vůle, praskliny, ulpělé nečistoty atd. V důsledku toho nemusí být nevyváženost hlavní příčinou vibrací a i po dlouhých pokusech zůstávají vibrace vysoké. Rada: před vyvážením vždy zkontrolujte stav mechanismu.

Zkušební závaží je příliš malé: Častou chybou je instalace zkušebního závaží s nedostatečnou hmotností. V důsledku toho se jeho vliv topí v šumu měření: fáze se sotva posouvá, amplituda se mění jen o několik procent a výpočet korekčního závaží se stává nepřesným. Rada: zaměřte se na pravidlo změny vibrací 20-30%. Někdy je lepší provést několik pokusů s různými zkušebními závažími (ponechat si nejúspěšnější možnost) – přístroj to umožňuje, pouze přepíšete výsledek z prvního běhu. Poznámka: použití příliš velkého zkušebního závaží je také nežádoucí, protože může přetížit podpěry. Vyberte zkušební závaží s takovou hmotností, aby se po instalaci amplituda vibrací 1× změnila alespoň o čtvrtinu oproti původní. Pokud po prvním zkušebním běhu zjistíte, že změny jsou malé – směle zvyšte hmotnost zkušebního závaží a měření opakujte.

Nedodržení stálosti režimu a rezonanční efekty: Pokud se během vyvažování mezi různými běhy rotor otáčel výrazně odlišnými rychlostmi nebo se rychlost během měření "vznášela", výsledky budou nesprávné. Také pokud se rychlost blíží rezonanční frekvenci systému, vibrační odezva může být nepředvídatelná (velké fázové posuny, rozptyl amplitudy). Chybou je ignorování těchto faktorů. Rada: vždy udržujte stabilní a stejnou rychlost otáčení během všech měření. Pokud má pohon regulátor, nastavte pevné otáčky (například přesně 1500 ot/min pro všechna měření). Vyhněte se průchodu kritickými rychlostmi konstrukce. Pokud si všimnete, že fáze od běhu k běhu "skáče" a amplituda se za stejných podmínek neopakuje - podezřejte z rezonance. V takovém případě zkuste snížit nebo zvýšit rychlost o 10-15% a opakujte měření, nebo změňte tuhost instalace stroje, abyste tlumili rezonanci. Úkolem je vyvést měřicí režim z rezonanční zóny, jinak je vyvažování bezvýznamné.

Chyby fázování a značení: Uživatel se někdy zmatuje při měření úhlů. Například nesprávně uvede, odkud se má počítat úhel instalace závaží. V důsledku toho je závaží instalováno, nikoli tam, kde přístroj vypočítal. Rada: pečlivě sledujte určení úhlu. V Balanset-1A se úhel korekčního závaží obvykle měří od polohy zkušebního závaží ve směru otáčení. To znamená, že pokud přístroj ukazoval například „Rovina 1: 45°“, znamená to – od bodu, kde se nacházelo zkušební závaží, změřte 45° ve směru otáčení. Například ručičky hodin se otáčí „po směru hodinových ručiček“ a rotor se otáčí „po směru hodinových ručiček“, takže 90 stupňů bude tam, kde jsou na ciferníku 3 hodiny. Některé přístroje (nebo programy) mohou měřit fázi od značky nebo v opačném směru – vždy si přečtěte pokyny k danému zařízení. Abyste se vyhnuli nejasnostem, můžete označit přímo na rotoru: označte polohu zkušebního závaží jako 0°, poté šipkou označte směr otáčení a pomocí úhloměru nebo papírové šablony změřte úhel pro trvalé závaží.

Pozor: během vyvažování nelze otáčkoměr pohybovat. Měl by být vždy namířen na stejný bod na obvodu. Pokud by došlo k posunutí fázové značky nebo k přeinstalování fázového senzoru, dojde k narušení celého fázového obrazu.

Nesprávné upevnění nebo ztráta závaží: Stává se, že ve spěchu bylo závaží špatně zašroubováno a při dalším spuštění spadlo nebo se posunulo. Pak jsou veškerá měření tohoto běhu zbytečná a hlavně - je to nebezpečné. Nebo další chyba - zapomenutí odstranit zkušební závaží, když metodika jeho odstranění vyžaduje, a v důsledku toho si přístroj myslí, že tam není, ale zůstalo na rotoru (nebo naopak - program očekával, že ho ponechá, ale vy jste ho odstranili). Rada: striktně dodržujte zvolenou metodiku - pokud vyžaduje odstranění zkušebního závaží před instalací druhého, odstraňte ho a nezapomeňte na něj. Použijte kontrolní seznam: "zkušební závaží 1 odstraněno, zkušební závaží 2 odstraněno" - před výpočtem se ujistěte, že na rotoru nejsou žádné další závaží. Při připevňování závaží vždy zkontrolujte jejich spolehlivost. Raději věnujte 5 minut navíc vrtání nebo utahování šroubů, než později hledat vymrštěnou část. Nikdy nestůjte v rovině možného vymrštění závaží během otáčení - to je bezpečnostní pravidlo a také pro případ chyby.

Nepoužívání funkcí přístroje: Někteří operátoři nevědomky ignorují užitečné funkce přístroje Balanset-1A. Například neukládají koeficienty vlivu pro podobné rotory, nepoužívají grafy doběhu a spektrální režim, pokud je přístroj nabízí. Rada: seznamte se s návodem k přístroji a využijte všechny jeho možnosti. Balanset-1A dokáže vytvářet grafy změn vibrací během doběhu (užitečné pro detekci rezonance), provádět spektrální analýzu (pomáhá zajistit, aby převažovala 1× harmonická) a dokonce měřit relativní vibrace hřídele pomocí bezkontaktních senzorů, pokud jsou připojeny. Tyto funkce mohou poskytnout cenné informace. Uložené koeficienty vlivu navíc umožní příště vyvážit podobný rotor bez zkušebních závaží – jeden cyklus bude stačit, což ušetří čas.

Stručně řečeno, každé chybě je snazší předejít, než ji napravit. Pečlivá příprava, důkladné dodržování metodiky měření, použití spolehlivých upevňovacích prostředků a aplikace logiky přístrojů jsou klíčem k úspěšnému a rychlému vyvažování. Pokud se něco pokazí, neváhejte proces přerušit, analyzovat situaci (případně s pomocí vibrační diagnostiky) a teprve poté pokračovat. Vyvažování je iterativní proces vyžadující trpělivost a přesnost.

Příklad nastavení a kalibrace v praxi:

Představte si, že potřebujeme vyvážit rotory dvou identických ventilačních jednotek. Nastavení přístroje se provede pro první ventilátor: nainstalujeme software, připojíme senzory (dva na podpěrách, optický na stojanu), připravíme ventilátor ke spuštění (sejmeme kryt, naneseme značku). Provedeme vyvážení prvního ventilátoru pomocí zkušebních závaží, přístroj vypočítá a navrhne korekci - nainstalujeme ji, dosáhneme snížení vibrací na normy. Poté uložíme soubor s koeficienty (prostřednictvím nabídky přístroje). Nyní, když přejdeme k druhému identickému ventilátoru, můžeme tento soubor načíst. Přístroj se vyzve k okamžitému provedení kontrolního běhu (v podstatě měření Run 0 pro druhý ventilátor) a pomocí dříve načtených koeficientů okamžitě zadá hmotnosti a úhly korekčních závaží pro druhý ventilátor. Nainstalujeme závaží, spustíme - a od prvního pokusu dosáhneme výrazného snížení vibrací, obvykle v rámci tolerance. Nastavení přístroje s uložením kalibračních dat na prvním stroji tedy umožnilo dramaticky zkrátit dobu vyvažování pro druhý. Samozřejmě, pokud se vibrace druhého ventilátoru nesnížily na normu, lze provést další cykly se zkušebními závažími jednotlivě, ale často se uložená data ukážou jako dostatečná.

Vyvažování standardů kvality

Část IV: Často kladené otázky a aplikační poznámky

Tato část shrnuje praktické rady a odpovídá na otázky, které se nejčastěji objevují u specialistů v terénních podmínkách.

Oddíl 4.1: Obecné často kladené otázky (FAQ)

Kdy použít vyvažování v jedné rovině a kdy ve dvou?
Pro úzké rotory ve tvaru disku (poměr L/D) použijte jednorovinné (statické) vyvážení < 0,25), kde je nevyváženost páru zanedbatelná. Pro prakticky všechny ostatní rotory, zejména s L/D >, použijte dvourovinné (dynamické) vyvážení. 0,25 nebo pracující při vysokých rychlostech.

Co dělat, když zkušební závaží způsobilo nebezpečné zvýšení vibrací?
Okamžitě zastavte stroj. To znamená, že zkušební závaží bylo instalováno blízko stávajícího těžkého bodu, což zhoršovalo nevyváženost. Řešení je jednoduché: posuňte zkušební závaží o 180 stupňů z jeho původní polohy.

Lze uložené koeficienty vlivu použít pro jiný stroj?
Ano, ale pouze pokud je druhý stroj naprosto identický - stejný model, stejný rotor, stejný základ, stejná ložiska. Jakákoli změna strukturální tuhosti změní koeficienty vlivu, čímž je učiní neplatnými. Nejlepší praxí je vždy provést nové zkušební jízdy pro každý nový stroj.

Jak zohlednit drážky pro pera? (ISO 8821)
Standardní praxí (pokud není v dokumentaci uvedeno jinak) je použití „poloviční pero“ v drážce pro pero hřídele při vyvažování bez protilehlé části. Tím se kompenzuje hmotnost té části pera, která vyplňuje drážku na hřídeli. Použití plného pera nebo vyvažování bez pera povede k nesprávně vyvážené sestavě.

Jaká jsou nejdůležitější bezpečnostní opatření?

• Elektrická bezpečnost: Použijte schéma zapojení se dvěma sekvenčními spínači, abyste zabránili náhodnému "vyběhnutí" rotoru. Při instalaci závaží použijte postupy blokování a označování (LOTO). Práce by měla být prováděna pod dohledem, pracovní prostor by měl být ohraničen.
• Mechanická bezpečnost: Nepracujte ve volném oděvu s třepotajícími se prvky. Před zahájením práce se ujistěte, že jsou na místě všechny ochranné kryty. Nikdy se nedotýkejte rotujících částí ani se nepokoušejte ručně brzdit rotor. Ujistěte se, že korekční závaží jsou spolehlivě zajištěna, aby se z nich nestaly projektily.
• Obecná produkční kultura: Udržujte čistotu na pracovišti, nezaplňujte chodby.

Oddíl 4.2: Průvodce vyvažováním pro specifické typy zařízení

Průmyslové ventilátory a odsavače kouře:

• Problém: Nejvíce náchylné k nevyváženosti v důsledku hromadění produktu na lopatkách (zvětšení hmotnosti) nebo abrazivního opotřebení (úbytek hmotnosti).
• Postup: Před zahájením práce vždy důkladně očistěte oběžné kolo. Vyvažování může vyžadovat několik kroků: nejprve samotné oběžné kolo a poté montáž s hřídelí. Věnujte pozornost aerodynamickým silám, které mohou způsobit nestabilitu.

Čerpadla:

• Problém: Hlavní nepřítel - kavitace.
• Postup: Před vyvážením zajistěte dostatečnou kavitační rezervu na vstupu (NPSHa). Zkontrolujte, zda není sací potrubí nebo filtr ucpaný. Pokud slyšíte charakteristický „štěrkový“ zvuk a vibrace jsou nestabilní, nejprve odstraňte hydraulický problém.

Drtiče, mlýny a mulčovače:

• Problém: Extrémní opotřebení, možnost velkých a náhlých změn nevyváženosti v důsledku zlomení nebo opotřebení kladiva/šlehače. Rotory jsou těžké a pracují s vysokým rázovým zatížením.
• Postup: Zkontrolujte neporušenost a upevnění pracovních prvků. Vzhledem k silným vibracím může být pro dosažení stabilních hodnot nutné dodatečné ukotvení rámu stroje k podlaze.

Kotvy elektromotorů:

• Problém: Může mít jak mechanické, tak elektrické zdroje vibrací.
• Postup: Pomocí spektrálního analyzátoru zkontrolujte vibrace při dvojnásobné frekvenci napájení (např. 100 Hz). Jejich přítomnost indikuje elektrickou poruchu, nikoli nevyváženost. Pro kotvy stejnosměrných motorů a asynchronní motory platí standardní postup dynamického vyvažování.

Závěr

Dynamické vyvažování rotorů na místě pomocí přenosných přístrojů, jako je Balanset-1A, je účinným nástrojem pro zvýšení spolehlivosti a efektivity provozu průmyslových zařízení. Jak však ukazuje analýza, úspěch tohoto postupu nezávisí ani tak na samotném přístroji, jako spíše na kvalifikaci specialisty a schopnosti aplikovat systematický přístup.

Klíčové závěry této příručky lze shrnout do několika základních principů:

Příprava určuje výsledek: Důkladné vyčištění rotoru, kontrola stavu ložisek a základů a předběžná vibrační diagnostika k vyloučení dalších vad jsou nezbytnými podmínkami pro úspěšné vyvážení.

Dodržování norem je základem kvality a právní ochrany: Použití normy ISO 1940-1 pro stanovení tolerancí zbytkové nevyváženosti transformuje subjektivní posouzení na objektivní, měřitelný a právně významný výsledek.

Přístroj není jen vyvažovačem, ale také diagnostickým nástrojem: Neschopnost vyvážit mechanismus nebo nestabilita odečtu nejsou selháním přístroje, ale důležitými diagnostickými příznaky naznačujícími přítomnost závažnějších problémů, jako je nesouosost, rezonance, vady ložisek nebo technologické porušení.

Pochopení fyziky procesů je klíčem k řešení nestandardních úkolů: Znalost rozdílů mezi tuhými a pružnými rotory, pochopení vlivu rezonance, tepelných deformací a technologických faktorů (např. kavitace) umožňuje specialistům činit správná rozhodnutí v situacích, kdy standardní podrobné pokyny nefungují.

Efektivní vyvažování pole je tedy syntézou přesných měření prováděných moderními přístroji a hlubokého analytického přístupu založeného na znalostech teorie vibrací, norem a praktických zkušeností. Dodržování doporučení uvedených v této příručce umožní technickým specialistům nejen úspěšně zvládat typické úkoly, ale také efektivně diagnostikovat a řešit složité, netriviální problémy vibrací rotačních zařízení.