Forståelse af ubalance i roterende maskiner

Definition: Hvad er ubalance?

Ubalance (ofte brugt i flæng med ubalance) er en tilstand i en rotor, hvor massemidtpunktet (eller tyngdepunktet) ikke er justeret med rotationsmidtpunktet. Denne forskydning, kendt som excentricitet, betyder, at massen ikke er jævnt fordelt omkring rotationsaksen. Når rotoren roterer, skaber denne ujævne massefordeling en nettocentrifugalkraft, der trækker rotoren væk fra dens centrum, hvilket får hele maskinen til at vibrere. Ubalance er den mest almindelige kilde til vibrationer i roterende maskiner.

Den klassiske signatur af ubalance

Ubalance har en meget tydelig og genkendelig vibrationssignatur, hvilket gør den relativt nem at diagnosticere:

• Frekvens: Vibrationen opstår præcis på 1x rotationshastigheden af rotoren. Hvis maskinen øger eller sænker hastigheden, vil vibrationsfrekvensen følge den perfekt.
• Retning: Vibrationen er overvejende i radial retning (horisontal og lodret). Der er typisk meget lidt aksial (tryk)vibration.
• Amplitude: Vibrationens amplitude er proportional med kvadratet af rotationshastigheden. Hvis du fordobler hastigheden, vil ubalancekraften (og den resulterende vibration) firedobles.
• Fase: Fasemålingen for ubalance er typisk stabil og repeterbar.

Typer af ubalance

Ubalance kan opdeles i tre hovedtyper:

1. Statisk ubalance

Også kendt som "kraftubalance", er dette den enkleste type. Det opstår, når massen er ujævnt fordelt i et enkelt plan, som en enkelt tung plet på en tynd skive. Det kaldes "statisk", fordi det kan detekteres med rotoren i hvile. Hvis den placeres på friktionsfri knivsæg, vil rotoren rulle, indtil den tunge plet er i bunden. Det kan korrigeres med en enkelt vægt placeret 180° modsat den tunge plet.

2. Ubalance i parforholdet

Dette sker, når der er to lige tunge punkter på modsatte ender af en rotor, placeret 180° fra hinanden. Dette skaber en "par"- eller vippebevægelse, der forsøger at vride rotoren ende over ende. En rotor med ren par-ubalance er statisk afbalanceret (den ruller ikke på knivsæg), men den vil vibrere kraftigt, når den roterer. Det kræver to korrektionsvægte i to separate planer for at modvirke vippebevægelsen.

3. Dynamisk ubalance

Dette er den mest almindelige tilstand, der findes i virkelige maskiner. Det er en kombination af både statisk og parvis ubalance. Korrektion af dynamisk ubalance kræver massekorrektioner i mindst to forskellige planer langs rotoren, en proces kendt som dynamisk afbalancering.

Almindelige årsager til ubalance

Ubalance kan være til stede fra fremstillingstidspunktet eller opstå under drift. Almindelige årsager omfatter:

• Produktionsfejl: Porøsitet i støbegods, ujævn materialedensitet og bearbejdningstolerancer.
• Samlingsfejl: Forkert installerede komponenter, ujævnt spændte bolte eller forkert justerede nøgler.
• Slid og ælde: Ujævn erosion, korrosion eller slid på ventilatorblade eller pumpehjul.
• Materialeopbygning: Ophobning af snavs, støv eller produkter på rotorer i ventilatorer, blæsere og centrifuger.
• Komponentfejl: En kastet balancevægt eller et knækket blad vil øjeblikkeligt skabe en alvorlig ubalancetilstand.

Hvorfor det er afgørende at korrigere ubalance

Det er skadeligt for en maskine at køre med betydelig ubalance. Den konstante cykliske kraft forårsager:

• For tidlig lejesvigt: Lejerne udsættes for høje dynamiske belastninger, hvilket fører til hurtig slitage.
• Træthed og revner: Vibrationen forårsager udmattelsesspænding på skaftet, fundamentet og andre komponenter.
• Reduceret effektivitet: Energi spildes i form af vibrationer og varme i stedet for at udføre nyttigt arbejde.
• Sikkerhedsrisici: Alvorlig ubalance kan føre til katastrofale fejl.

Ubalance korrigeres gennem en systematisk afbalanceringsprocedure, hvilket er en af de mest effektive måder at forbedre maskinernes pålidelighed på.

← Tilbage til hovedindekset