Forståelse af den indledende ubalance
Indledende ubalance — også kaldet oprindelig ubalance eller ubalance i den tilstand, den blev fundet i — er ubalance en tilstand, der findes i en Rotor before any afbalancering før der er foretaget nogen korrektion. Det er rotorens udgangstilstand, som registreres under den allerførste kørsel i en afbalanceringsprocedure. Dens størrelse og vinkelplacering bestemmes ved at måle vibrationer amplitude og fase mens rotoren drejer med sin afbalanceringshastighed. Alt, hvad der følger i et afbalanceringsarbejde, tager udgangspunkt i denne startvektor: den udgør det referencepunkt, som arbejdets effektivitet bedømmes ud fra, og det, der er tilbage, når korrektionerne er afsluttet, kaldes resterende ubalance.
1. Årsager til den indledende ubalance
Den indledende ubalance opstår fra mange forskellige kilder i løbet af en rotors levetid — under fremstillingen, ved samlingen, under drift og endda under det vedligeholdelsesarbejde, der netop har til formål at forbedre den.
Produktionstolerancer
Selv ved præcisionsbearbejdning er det umuligt at opnå fuldstændig symmetri:
- Variationer i materialets massefylde: Ujævnt materiale, indre hulrum eller indeslutninger skaber asymmetri i massen.
- Bearbejdningstolerancer: små afvigelser fra den egentlige koncentricitet — kast eller excentricitet — skabe ubalance.
- Variation i vægtykkelse: I støbte eller svejste rotorer medfører ujævne vægge en ujævn massefordeling.
- Porøsitet og støbefejl: Luftlommer, svind eller slaggindeslutninger forskyder massen.
Monteringsfejl og afvigelser
Når en rotor består af flere komponenter, kan der opstå ubalance, selvom hver enkelt del i sig selv er i orden:
- Tolerancestakning: velafbalancerede dele kan stadig bidrage med vectorially til en betydelig samlet ubalance.
- Pasfederforbindelser: tapper, tapsporer og splines er i sagens natur asymmetriske.
- Skruehuller og fastgørelseselementer: Ujævnt placerede huller eller uensartede fastgørelseselementer skaber ubalance.
- Termiske og pressetilpasninger: Komponenter, der er monteret ved krympning eller presning, sidder muligvis ikke helt koncentrisk.
Operationelle årsager
Der opstår også ubalance under drift, hvor rotoren bevæger sig væk fra sin oprindelige afbalancerede tilstand:
- Materialeopbygning: snavs, støv, kalk eller produktrester, der samler sig på Skovlhjul, ventilatorblade eller rotoroverflader.
- Erosion and slid: ujævnt materialetab som følge af slid, korrosion, eller kavitation.
- Ødelagte eller manglende dele: et manglende ventilatorblad, en brækket skovl, en løsnet komponent.
- Deformation: Bøjning, vridning eller plastisk deformation som følge af stød, overophedning eller overbelastning.
- Løse komponenter: dele, der har løsnet sig og flyttet sig.
Vedligeholdelses- og reparationsarbejder
Ironisk nok kan vedligeholdelse netop skabe den ubalance, den ellers har til formål at afhjælpe:
- Montering af reservedele med en anden masse eller massefordeling.
- Svejsereparationer, hvor der tilføjes metal på en asymmetrisk måde.
- Omarbejdning eller maskinbearbejdning, der fjerner materiale ujævnt
- Malingen eller belægningen er påført ujævnt.
2. Hvordan måles den indledende ubalance?
Den indledende ubalance kvantificeres ved den første målerunde i en afbalanceringsprocedure.
Måleparametre
- Vibrationsamplitude: størrelsen af 1×-komponenten (én gang pr. omdrejning), typisk angivet i mm/s, in/s eller mil. Den afspejler direkte ubalancens omfang.
- Fasevinkel: timingen af 1×-vibrationstoppen i grader i forhold til et referencemærke registreret af en nøglefasor eller omdrejningstæller. This is the response fase, ikke direkte vinklen til det tunge punkt: vibrationen halter efter det faktiske tunge punkt med et beløb, der afhænger af, hvor tæt omdrejningshastigheden er på en resonans (from near 0° well below it, through 90° at it, to near 180° above it), plus sensor and instrumentation delays. The heavy-spot and correction-weight angle is therefore inferred by the balancing algorithm — via the trial-weight (influence-coefficient) method — rather than read straight off the phase display.
- Hastighed: den omdrejningshastighed, hvor målingerne foretages — hvilket er vigtigt, fordi centrifugalkraft Ubalancen stiger med hastighedens kvadrat.
Vektorrepræsentation
Den oprindelige ubalance angives som en vektor ”O“ (for ”Original“) med både størrelse og retning, som normalt tegnes på en polardiagram hvor:
- vektorens længde angiver svingningsamplituden, og
- vektorens vinkel repræsenterer den målte responsfase (hvorfra placeringen af det tunge punkt senere udledes).
3. Betydningen i afbalanceringsprocessen
Målingen af den indledende ubalance tjener flere formål på én gang.
Grundlag for korrektioner
Alle afbalanceringsberegninger tager udgangspunkt i den oprindelige ubalance. Formålet er at tilføje korrektionsvægte der genererer en vibrationsvektor, der er lig med og modsat den oprindelige vektor, og dermed ophæver den.
Vurdering af alvorlighedsgrad
Omfanget af den oprindelige ubalance viser, hvor alvorligt problemet er, og er med til at afgøre:
- om det er den rigtige løsning at afbalancere, eller om der er tale om en anden mekanisk fejl — løshed eller fejljustering — bør udbedres først;
- den rette størrelse af prøvevægte; og
- om én korrektion er tilstrækkelig, eller om der er behov for flere gentagelser.
En god sikkerhedskontrol, inden man rører ved rotoren, er at omregne den målte amplitude til den kraft, rotoren rent faktisk udøver; vores Centrifugalkraft fra ubalanceberegner omregner en given ubalance og hastighed direkte til newton, hvilket gør alvoren tydelig.
Statusopfølgning
Ved at sammenligne den oprindelige ubalance med den resterende ubalance efter afbalancering kan man vurdere, hvor godt arbejdet er gået. En god afbalancering reducerer typisk vibrationerne med 70–90 % eller mere i forhold til det oprindelige niveau.
Beregning af indflydelseskoefficienten
I påvirkningskoefficientmetoden, trækkes den oprindelige ubalancevektor fra den vibration, der er målt under kørslen med prøvevægten, for at isolere prøvevægtens effekt:
T = (O + T) − O, hvor O er den oprindelige ubalance, og T er prøvevægtens effekt.
Ud fra denne isolerede effekt beregner analysatoren indflydelseskoefficienten og dermed den korrekte korrektionsmasse og -vinkel. Ved en opgave i et enkelt plan kan du gentage denne beregning med Indflydelseskoefficientberegner.
4. Forholdet til den resterende ubalance
Hele formålet med afbalancering er at reducere den oprindelige ubalance til et acceptabelt lavt restniveau. Forholdet kan kort sagt beskrives som før og efter:
- Indledende ubalance: tilstanden »før«.
- Rettelse: afbalanceringsproceduren og montering af vægte.
- Resterende ubalance: tilstanden »efter«.
Ideelt set bør restubalancen være mindre end 10–30 % af den oprindelige, idet det nøjagtige mål fastsættes ud fra kravene til rotorens afbalanceringskvalitet i henhold til ISO 21940-11 (den moderne efterfølger til ISO 1940-1). Omsætning af en valgt G-klasse og driftshastighed til en tilladt værdi i gram-millimeter går hurtigt med Beregner for restubalance (ISO 21940-11).
5. Typiske indledende ubalanceværdier
Omfanget af den oprindelige ubalance varierer meget afhængigt af udstyrets type og driftshistorik.
Nye eller nyligt afbalancerede rotorer
Vibrationerne ligger typisk på 0,5 til 2,0 mm/s (0,02 til 0,08 tommer/s) for industrimaskiner — hvilket er en god til acceptabel balance.
Moderat ubalancerede rotorer
En vibration på 2,0 til 7,0 mm/s (0,08 til 0,28 tommer/sek.) betyder, at rotoren snart skal afbalanceres. Dette er en almindelig tilstand for udstyr, der skal have udført rutinemæssigt vedligehold.
Alvorligt ubalancerede rotorer
Vibrationer på over 7,0 mm/s (0,28 tommer/s) er tegn på alvorlig ubalance, der kræver øjeblikkelig indgriben, ofte forårsaget af en manglende vinge, kraftig tilsmudsning eller alvorlige skader på komponenter.
Bemærk: Dette er generelle retningslinjer for typiske industrimaskiner. Det specifikke acceptable niveau afhænger af maskintype, størrelse, hastighed og montering, som fastlagt i standarder såsom ISO 20816 serien (tidligere ISO 10816).
6. Måling og dokumentation i felten
På en samlet maskine registreres den oprindelige ubalance på selve maskinen i stedet for på en afbalanceringsmaskine. En bærbar tokanalsanalysator som f.eks. Balanset-1A måler 1×-amplituden og -fasen i maskinens egne lejer ved driftshastighed, registrerer den oprindelige »O«-vektor og styrer derefter prøvevægt- og korrektionskørslerne, der reducerer den — og indfanger dermed den faktiske tilstand, som rotoren reelt kører i, herunder monterings- og termiske effekter, som en værkstedsafbalanceringsmaskine aldrig ville kunne registrere.
Uanset hvilket værktøj der anvendes, skal målingen af den indledende ubalance anføres i afbalanceringsprotokollen:
- vibrationsamplituden og -fasen ved hvert målepunkt;
- driftshastigheden under målingen;
- datoen og udstyrets identifikationsoplysninger; og
- Eventuelle synlige årsager til ubalance, der blev bemærket under inspektionen
Denne dokumentation danner grundlag for en historisk oversigt over rotorens tilstand og understøtter trendanalyse over tid — hvilket f.eks. afslører, om der langsomt opstår ubalance på grund af aflejringer eller erosion, og gør det muligt at planlægge vedligeholdelse, inden vibrationerne bliver alvorlige.
