Forståelse af excentricitet i roterende maskiner

Definition: Hvad er excentricitet?

I forbindelse med rotordynamik, excentricitet refererer til den radiale afstand eller forskydning mellem en rotors massecenter (også kaldet tyngdepunktet) og dens geometriske centrum (det sande centrum for dens form eller aksel). I en perfekt afbalanceret rotor ville disse to centre falde sammen. På grund af fremstillingsfejl og ujævn materialetæthed er der dog næsten altid en vis iboende excentricitet. Når en excentrisk rotor roterer, genererer det forskudte massecenter en centrifugalkraft, som er roden til vibrationer på grund af ubalance.

Den direkte sammenhæng mellem excentricitet og ubalance

Excentricitet og ubalance er fundamentalt forbundet. Ubalance er et *mål* for effekten af excentricitet ved en given hastighed, mens excentricitet er den *fysiske årsag*. Mængden af ubalance er direkte proportional med rotorens masse og dens excentricitet.

Formlen er enkel:

Ubalance (U) = Masse (M) × Excentricitet (e)

Dette forhold understreger, hvorfor excentricitet er så kritisk. Selv en meget lille excentricitet (blot et par mikrometer) på en tung, højhastighedsrotor kan skabe en massiv ubalancekraft, hvilket fører til kraftige vibrationer og hurtigt slid på lejer.

Typer af excentricitet

Det er vigtigt at skelne mellem forskellige former for excentricitet og relaterede geometriske ufuldkommenheder:

1. Masseekscentricitet

Dette er den sande excentricitet som defineret ovenfor – forskydningen mellem massemidtpunktet og det geometriske centrum. Det er denne type, der forårsager ubalance, og som er målet for alle afbalanceringsprocedurer. Den kan ikke ses eller måles direkte med en måleur, når rotoren er stationær.

2. Geometrisk excentricitet (runout)

Dette refererer til en afvigelse af rotorens overflade fra en perfekt cirkel. Det er et mål for, hvor "ude af rund" en aksel eller rotor er. Dette er også kendt som mekanisk kastFor eksempel kan en akseltap være let oval, eller en remskive kan være bearbejdet en smule excentrisk på en aksel. Denne type ufuldkommenhed *kan* måles med en måleur under en langsom rulning. Selvom den ikke direkte repræsenterer masseubalance, bidrager en excentrisk geometrisk form ofte til masseubalance.

3. Elektrisk kast

Dette er ikke en fysisk ufuldkommenhed, men en målefejl, der opstår med berøringsfri nærhedsonder. Hvis rotorens overflade har variationer i magnetisk permeabilitet eller elektrisk ledningsevne, kan sonden give en falsk aflæsning, der efterligner geometrisk kast. Denne "støj" skal tages i betragtning under dynamisk testning af rotoren.

Årsager til excentricitet

Masseexcentricitet introduceres i rotorer på forskellige måder:

• Produktionstolerancer: Ingen fremstillingsproces er perfekt. Der vil altid være små fejl i bearbejdning, støbning og samling.
• Ikke-ensartet materialedensitet: Indeslutninger, hulrum eller porøsitet i en støbning eller smedning betyder, at materialet ikke er perfekt homogent, hvilket får massecentret til at forskyde sig.
• Asymmetrisk design: Komponenter som krumtapaksler er i sagens natur asymmetriske.
• Samlingsfejl: En remskive eller et leje, der ikke er perfekt centreret på en aksel, vil skabe en excentrisk masse.
• Termisk forvrængning: Ujævn opvarmning eller afkøling kan få en rotor til at bøje, hvilket midlertidigt forskyder dens massecenter. Dette er kendt som en termisk vektor.

Hvordan excentricitet håndteres

Da masseekscentricitet er årsagen til ubalance, korrigeres den gennem processen med afbalanceringVed at tilføje eller fjerne små mængder vægt skaber en tekniker en modsatrettet kraft, der effektivt trækker rotorens massecenterlinje tilbage i overensstemmelse med dens geometriske centerlinje, hvilket minimerer nettocentrifugalkraften og den resulterende vibration.

← Tilbage til hovedindekset